柔性制造系统的概述

柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代管理技术为一体的现代制造技术。自20世纪60年代以来，为满足产品不断更新，适应多品种、小批量生产自动化需要，柔性制造技术得到了迅速的发展，出现了柔性制造系统、柔性制造单元（FMC）、柔性制造自动线（FML）等一系列现代制造设备和系统，它们对制造业的进步和发展发挥了重大的推动和促进作用。本节以柔性制造系统为例，主要介绍柔性制造技术概念、特征及组成。

柔性制造系统概念是由英国莫林（MOLIN）公司最早提出的，并在1965年取得了发明专利，1967年推出了名为“Molin's System-24”（意为可24小时无人值守自动运行）的柔性制造系统。此后，世界各工业发达国家争相发展和完善这项新技术，以此提高制造的柔性和生产效率。

到目前为止，FMS尚无统一的定义。广义地说：柔性制造系统是由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成，并能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。

国外有关专家对FMS进行了更为直观的定义：“柔性制造系统至少由两台机床、一套具有高度自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，通过简单改变软件程序便能制造出多种零件中任何一种零件。”

FMS的设计不同于一台机床的设计，也不同于一般自动线的设计。它更具有总体设计的性质。它要求设计师首先从宏观上对其经济上的可行性、总体结构形式及可加工零件族进行分析，然后再作进一步的具体设计。而对于具体设计而言，由于零件是多品种的，由于市场的需求是多变的，也不能采用一般的设计方法。通常要选出典型的零件族，选出典型的生产组合。利用仿真的方法来选取一个可行的、优化的方案。

1.FMS总体方案的分析

（1）FMS可行性的初步分析

根据用户提出的要求，对要开发的FMS进行初步的经济和技术可行性分析。分析内容包括：用户的经济实力；被加工零件的产量、批量、产值和利润是否与FMS相匹配；零件从工艺上分析是否有不宜在FMS上加工的内容。由于FMS是一项投资很大的项目，设计工作量也较大，这项分析可以避免不必要的返工，减少人力和财力的损失。

（2）FMS结构类型的分析

FMS的结构类型主要取决于用户对产量、批量和柔性的要求，但与制造厂本身产品的特点也有很大的关系。用户的要求是必须满足的，各制造厂总是结合自身产品的特点来满足用户的要求。这样可以减少产品的种类，从而降低FMS的造价。例如通用加工中心的生产厂家通常选用通用加工中心（或局部改造的加工中心）来组成FMS。而一些从组合机床厂发展起来的厂家往往准备了多种通用的数控模块（自动更换主轴箱模块，转塔模块，数控车端面头，数控铣头等）。输送系统选用有轨小车还是无轨小车，也是在这阶段需要考虑的问题。

（3）用户零件的分析和选择

用户零件首先是用户根据需要提出来的，但可以在和用户的讨论中作部分修改。讨论的问题包括：有些高精度的或特殊的工艺是否放在FMS中加工，零件品种是否太多（一般6～12种为宜），如果太多，可建议分批上线。零件种类是否太少，如果太少，可把一些杂类零件组合上线，以提高FMS的利用率。通过这项分析可为FMS选择一些比较合适的加工对象，从而开始正式的设计工作。(www.xing528.com)

2.FMS的方案设计

（1）夹具草图的绘制

对于被选定的零件，每种零件要画一张夹具草图。在草图设计中要确定夹紧点、定位点、安装次数。一般箱体零件都需要两次安装，有的还需要三次安装。对于一些小杂件在一个夹具上可安装8～16个零件。零件在上机床前最好有预加工的定位基准，使工作更可靠些。对于一些毛坯上线的小杂件，可用样板来粗定位。

（2）零件的工艺分析

对于每一种零件，都需要确定其工艺路线，选择合适的刀具、合适的切削用量并计算出加工时间，这样将为下一步任务的分配提供依据。在进行上述工作时保证零件的加工精度是第一位的。提倡采用高效的、复合的刀具。但对于FMS来说，刀具费用支出很大，对产品成本的影响较大。在选择切削用量和计算加工循环时间时可借助计算机来进行。

（3）FMS布局的初步设计

利用工艺分析的结果，可初步确定机床的类型和数量。并要考虑刀具的分配和刀具的负荷平衡，要确定FMS“互补”和“互替”的程度。因为从工艺分析的结果看，每种零件所需的刀具都有一部分是相同的，一部分是不同的。如果“互替”的程度很高，刀具的数量就会很大，从而使成本上升。如果像传统的组合机床自动线那样按“互补”的方式安排，刀具数量较少，但一旦出现故障，会全线停机，这在FMS的设计中是不允许的。经初步分析可画出FMS初步轮廓。

（4）FMS的仿真和优化

将上述FMS的初步方案输入计算机进行仿真和优化。在仿真过程中可输入不同的订单进行比较。由于FMS可能遇到的情况是千变万化的，很难找到一个最优的方案，一般要求机床的利用率在90%以上。经过模拟仿真之后，可正式确定FMS的机床台数、托板数、储存站数和装卸站数等（原确定的机床台数如不合适可进行修改）。

（5）完成FMS设计

根据仿真和优化的结果，增加相应的辅助设备（清洗、排屑、检查等），正式设计出FMS的总图，并完成专用部件及控制系统的设计。FMS的软件现在已具备比较完善的标准功能。对于一些有特殊要求的FMS，就需要在FMS设计中补充开发。