柔性制造技術(shù)及應(yīng)用
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傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見(jiàn)，即無(wú)法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)(FMI)應(yīng)運(yùn)而生。
1 柔性制造技術(shù)
所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。柔性可分為瞬時(shí)、短期和長(zhǎng)期柔性。瞬時(shí)柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，自動(dòng)排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺(tái)設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力;短期柔性是指系統(tǒng)在短時(shí)期內(nèi)，適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力，包括在任意時(shí)期混合進(jìn)行加工2種以上零件的能力;長(zhǎng)期柔性則是指系統(tǒng)在長(zhǎng)期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無(wú)科學(xué)實(shí)用的量化指標(biāo)。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。
柔性制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起，具有自動(dòng)化、柔性化、高效率的特點(diǎn)，是目前自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)。
2 柔性制造單元(FMC)
柔性制造單元(FMC)是在加工中心的基礎(chǔ)上，增加了存儲(chǔ)工件的自動(dòng)料庫(kù)、輸送系統(tǒng)所構(gòu)成的自動(dòng)加工系統(tǒng)。FMC有較齊全的監(jiān)控功能，包括刀具損壞檢測(cè)、壽命檢測(cè)和加工工時(shí)監(jiān)測(cè)等。工件的全部加工一般是在一臺(tái)機(jī)床上完成，常用于箱體類復(fù)雜零件的加工。
圖1為配有托盤交換系統(tǒng)構(gòu)成的FMC。托盤上裝夾有工件，在加工過(guò)程中，它與工件一起流動(dòng)，類似通常的隨行夾具。環(huán)形工作臺(tái)用于工件的輸送與中間存儲(chǔ)，托盤座在環(huán)形導(dǎo)軌上由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動(dòng)而回轉(zhuǎn)，每個(gè)托盤座上有地址識(shí)別碼。當(dāng)一個(gè)工件加工完畢，數(shù)控機(jī)床發(fā)出信號(hào)，由托盤交換裝置將加工完的工件(包括托盤)拖至回轉(zhuǎn)臺(tái)的空位處，然后轉(zhuǎn)至裝卸工位，同時(shí)將待加工件推至機(jī)床工作臺(tái)并定位加工。
FMC適于多品種、小批量工件的生產(chǎn)。FMC具有規(guī)模小、成本低、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。但FMC的信息系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，加工柔度不高，只能完成品種有限的零件加工。
3 柔性制造系統(tǒng)(FMS)
柔性制造系統(tǒng)(FMS)是在FMC的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而形成的一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。
美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)將FMS定義為:柔性制造系統(tǒng)是使用計(jì)算機(jī)、柔性加工單元和集成物料儲(chǔ)運(yùn)裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)。
我國(guó)對(duì)于FMS給出的定義是:柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)。FMS主要由下列三部分組成:數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)、自動(dòng)化的物流系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如圖2所示。
圖2 FMS的構(gòu)成
(1)加工系統(tǒng)。加工系統(tǒng)通常由若干臺(tái)加工零件的CNC機(jī)床組成。加工系統(tǒng)能夠按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令自動(dòng)加工各種工件，并能自動(dòng)地更換工件和刀具。
(2)物流系統(tǒng)。FMS中的物流系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自動(dòng)線或流水線有很大差別，它的整個(gè)工件輸送系統(tǒng)工作狀態(tài)是可以進(jìn)行隨機(jī)調(diào)節(jié)的，而且都設(shè)置有儲(chǔ)料庫(kù)以調(diào)節(jié)各工位上加工時(shí)間的差異。物流系統(tǒng)包含工件的存儲(chǔ)、輸送和搬運(yùn)等幾個(gè)方面。
(3)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括過(guò)程控制及過(guò)程監(jiān)視兩個(gè)子系統(tǒng)，其功能分別為:進(jìn)行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制，以及在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理。FMS中信息由多級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和控制。
4 結(jié)束語(yǔ)
由FMS備有較多刀具、夾具以及數(shù)控加工程序，因此能接受各種不同零件的加工，解決了多品種、中小批量生產(chǎn)中的生產(chǎn)率與柔性之間的矛盾，對(duì)擴(kuò)大變形產(chǎn)品的生產(chǎn)和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)特別有利。因集中控制靈活性好，加工過(guò)程中工件輸送和刀具更換等實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，人的介人減少到最低程度，提高了生產(chǎn)連續(xù)性和數(shù)控設(shè)備利用率，所以，生產(chǎn)周期短、成本低。通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理，在加工過(guò)程中采用自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)床精度、刀具磨損及加工質(zhì)量等方面出現(xiàn)的問(wèn)題，能及時(shí)采取措施，使加工質(zhì)量得到保證。另外，由于FMS具有高柔性、高生產(chǎn)率以及準(zhǔn)備時(shí)間短的特點(diǎn)，能夠?qū)κ袌?chǎng)的變化作出迅速反應(yīng)，可以保持較小的在制品和成品庫(kù)存量。