第四章柔性制造系统与自动线简介

福建工程学院经济管理系吴少雄流水线组织设计第五章柔性制造系统与自动线第一节柔性制造系统一.柔性制造系统的概念FMS(flexiblemanufacturingsystem)

是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。加工系统物料系统计算机控制系统系统软件第一节柔性制造系统加工系统柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。物料系统

物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。第一节柔性制造系统计算机控制系统计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。系统软件

系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。第一节柔性制造系统二.柔性制造系统的发展随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。第一节柔性制造系统自从1954年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生后，70年代初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来，从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统，使柔性自动化得到了迅速发展第一节柔性制造系统三.柔性制造系统的分类按规模大小,柔性制造系统FMS可分为如下三类柔性制造单元(FMC)FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高柔性制造线(FML)柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS，但生产效率更高柔性制造系统(FMS)

FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。

第一节柔性制造系统柔性制造系统的发展方向将是：加快发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS因为FMC的投资比FMS少得多而效果相仿，更适合于财力有限的中小型企业。多品种、大批量生产中应用FML的发展趋势是用价格低廉的专用数控机床代替通用的加工中心。完善FMS的自动化功能FMS完成的作业内容扩大，由早期单纯的机械加工型向焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸锻等综合性领域发展，另外，FMS还要与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合，向全盘自动化工厂方向发展。第一节柔性制造系统五.柔性制造系统的优点柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。在制品减少80%左右。生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。第一节柔性制造系统六.柔性制造系统的布置

第一节柔性制造系统柔性制造系统的布置

第一节柔性制造系统柔性制造系统的布置

第一节柔性制造系统柔性制造系统的数量分析FMS的分析技术分:DeterministicmodelsQueueingmodelsDiscreteeventsimulationOtherapproaches,includingheuristics第一节柔性制造系统瓶颈模型瓶颈模型分析可以求解生产率和工作站数等问题假设:有P种产品或零件

混合比。为第j种产品或零件占总数的百分比,j=1,2,……..P则有:设有n个工作站为第i个工作站的工作数,i=1,2,……n（包括装、卸工作站）第一节柔性制造系统生产流程工作时间工作处理系统内部传送传送时间工作站之间的传送时间工作频率工作频率可能大于1，也可能小于1第一节柔性制造系统例:平均传送时间3min,操作频率fijk=1.0，s1=1,s2=2,s3=1零件j零件混合比pj操作k描述工作站n工序时间tijk(min)A0.41load142mill2303drill3104unload12B0.61load142mill2403drill3154unload12第一节柔性制造系统在第i道工作站平均工作时间WL1=(4+2)(0.4)(1.0)+(4+2)(0.6)(1.0)=6.0(min)WL2=30(0.4)(1.0)+40(0.6)(1.0)=36.0(min)WL3=10(0.4)(1.0)+15*(0.6)(1.0)=13.0(min)第一节柔性制造系统传送次数nt1—2—3—1共3次上例是一个特例,即每个工作站的工作频率都为1,当要考虑到工作频率时,应求出平均传送次数ntWL4=3(3.0)(0.4)(1.0)+3(3.0)(0.6)(1.0)=9.0(min)第一节柔性制造系统瓶颈站的确定

最大比率发生在第二个工作站，该工作站即为瓶颈工作站第一节柔性制造系统设WL*,s*,t*为瓶颈工作站的工作负荷、工作地数、工序时间，则生产比率零件的生产比率第一节柔性制造系统第一节柔性制造系统每个工作站的利用率平均利用率加权平均利用率第一节柔性制造系统U1=(6.0/1)(0.05555)=0.333U2=(36.0/2)(0.05555)=1.0U3=(13.0/1)(0.05555)=0.722U4=(9.0/4)(0.05555)=0.125第一节柔性制造系统每个工作站的繁忙工作地数BS1=(6.0)(0.05555)=0.333BS2=(36.0)(0.05555)=2.0BS3=(13.0)(0.05555)=0.722BS4=(9.0)(0.05555)=0.50产品混合比操作工作内容工作站工序时间工作频率A0.112345LoadMillDrillInspectunload12341420151221.01.01.00.51.0B0.2123456LoadDrillMillDrillInspectunload13234141625141521.01.01.01.00.21.0C0.31234LoadDrillInspectUnload1341423821.01.00.51.0D0.41234LoadMillInspectUnload12414301221.01.00.3331.0WLiWLi/siUi12345(4+2)*1.0*(0.1+0.2+0.3+0.4)=6.0min620*1.0*0.1+25*1.0*0.2+30*1.0*0.4=19.0min1915*1.0*0.1+16*1.0*0.2+14*1.0*0.2+23*1.0*0.3=14.4min14.412*0.5*0.1+15*0.2*0.2+8*0.5*0.3+12*0.333*0.4=4min4nt=4.5*0.1+5.5*0.2+3.5*0.3+3.333*0.4=2.8732.873*3.5=10.0610.066.0/1=6619.0/3=6.336.3314.4/2=7.27.24.0/1=44.010.06/2=5.035.03产品混合比操作工作内容工作站工序时间工作频率A0.112345LoadMillDrillInspectunload12341420151221.01.01.00.51.0B0.2123456LoadDrillMillDrillInspectunload13234141625141521.01.01.01.00.21.0C0.31234LoadDrillInspectUnload1341423821.01.00.51.0D0.41234LoadMillInspectUnload12414301221.01.00.3331.0WLiWLi/siUi1234561914.4410.0666.337.24.05.03Rp*=2/14.4=0.1384pc/min=8.333pc/hrRpA*=8.333*0.1RpB*=8.333*0.2RpC*=8.333*0.3RpD*=8.333*0.40.8330.8791.0000.5550.699第二节自动线简介

一.自动线组织的特点整个生产过程具有高度的连续性自动线的所有设备在生产中都按统一的进度进行工作，制品在工序间没有等待时间，始终处于加工或传送状态。它的这种连续性还体现了最合理的工序集中和采用最先进的方法，如可以采用电子计算机进行控制。

产品生产是完全自动化一般流水线虽然也采用自动机床，但在生产时离不开工人的操作和服务性工作。而自动线是将所有工作完全自动实现，工人的操作由直接操作转变为调整设备和监视生产过程的正常进行。

第二节自动线简介

二.自动线组织的基本形式

按自动线上零件移动的方式，划分为脉冲式自动线和连续式自动线脉冲式(间断)自动线的特点是：零件的移动是间断的，零件是间歇地从一个工位移到另一个工位，在工位上进行加工时，零件是停止不动的。连续式自动线的特点是：零件在生产过程中始终处于连续移动的状态，每一个工位是对连续移动的零件进行加工。这种方式将工作行程和空行程重合起来，消除了空行程占用时间，结果可以大大提高自动线的生产率。

第二节自动线简介

自动线组织的基本形式

按自动线类型，划分为单一自动线和综合自动线单一自动线的特点是：在自动线上只进行一种工艺过程，而一个零件的加工往往具有几个工艺过程，这就需要组织综合自动线。综合自动线的特点是：在一条自动线上含有性质不同的多个工艺工序，可同时采用各种各样的设备。第二节自动线简介

自动线组织的基本形式

按运输装置的性质，划分为分配式自动线和工作式自动线分配式自动线的特点是：它的运输装置将零件运输到有关的工位，加工时必须从运输装置上取下零件。这种方式比较适用于加工小型零件和需要切割的旋转体零件。工作式自动线的特点是：它的运输装置将零件从一个工位传送到另一个工位，进行加工时不必取下零件。第二节自动线简介

自动线组织的基本形式

按连接方式，划分为硬连接自动线、软连接自动线和混合连接自动线硬连接自动线的特点是：它以同一速度把零件从一个工序传送到下一工序，然后同时开始加工，加工完毕后又同时把零件移入下一工序，直至加工完毕。软连接自动线的特点是：零件依次通过每个工序，在两个工序之间设有贮备装置，贮存一定数量的备件，防止自动线的停歇或中断。混合连接自动线的特点是：它具有软、硬连接的特点，一般在容易出故障的工序之间设置贮备装置．而其它工序则不设这种装置。按运输装置的性质，划分为分配式自动线和工作式自动线第二节自动线简介

自动线组织的基本形式

按构成自动线设备的特点，划分为万能设备构成的自动线和组合机床构成的自动线万能设备构成的自动线特点是：它是由万能设备组合而成，一般用来加工小尺寸的零件。在自动线上，万能设备变成了专用设备，设备利用率很低，但它可以节约自动线的投资，在生产对象发生变化时，重新组织自动线也比较容易。组合机床构成的自动线特点是：它主要用于加工大型零件和箱体件，这种自动线可以简化零件的运输和装卸。按连接方式，划分为硬连接自动线、软连接自动线和混合连接自动线第二节自动线简介

三.组织自动线的条件

在加工对象方面零件的标准化、通用化程度必须高。零件的结构必须适应自动化生产的特点，要便于装卡和运输。在工艺方面自动线所采用的设备、工艺装备和工艺方法必须先进。工序的同期化程度必须高，工艺规程要保证重复安装次数最少。在劳动组织方面要求对劳动力的组成做相应的调整，使工人的文化技术水平具有能够诊断故障、调整设备的程度。在自动线的管理方面要求