中 每田国
6 图 8－5 柔性制造系统的组成 1－加工中心 2－托盘站 3－工件装卸工位 4－托盘输送车 5－刀具预调仪 6－刀具进出站 7－机器人移动车 8－刀具库 9－单元控制器 10－控制终端 11－切屑输送装置 12－托盘交换装置
器监控这些任务的执行。 (2)工作站控制级FM心工作站一般分成加工工作站和物流工作站。加工工作站完成各工 位的加工工艺流程、刀具更换、检验等管理：物流工作站完成原料、成品及半成品的储存、运输、 工位变换等管理。这一级控制系统是指挥和协调单元中一个设备小组的活动，处理由物料贮运系 统交来的零件托盘，并通过控制工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工过程中检验 卸下工件以及清洗工件等功能对设备级各子系统进行调度。设备控制级和工作站控制级等控制系 统一般采用具有较强控制功能的有实时控制功能的微型计算机、总线控制机或可编程控制器等工 控机 (3)单元控制级单元控制级作为MS的最高一级控制，是全部生产活动的总体控制系统 同时它还是承上启下、沟通与上级（车间）控制器信息联系的桥梁。因此，单元控制器对实现底 三层有效的集成控制，提高FMS的经济效益，特别是生产能力，具有十分重要的意义。单元粒 制级一般采用具有较强实时处理能力的小型计算机或工作站。 图85是一一种较典型的MS,4台加工中心直线布置，工件储运系统由托盘站2、托盘运输 无轨小车4、工件装卸工位3和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成。刀具储运系统由 中央刀库8、刀具进出站6、刀只输送机器人移动车7和刀具预调仪5等组成。单元控制器9、工 作站控制器（图中未标出）和设备控制装置组成三级计算机控制。切屑运输系统没有采用集中运 输方式，每台加工中心均有切屑运输装置。 12 图8-6具有装配功能的柔性制造系统 专牛年62产子款食人款族 装记站14一装夹站15一AGV(自动导小车)16控☒ 图8-6所示是一个具有柔性装配功能的柔性制造系统。图的右部是加工系统，有一台镗铣加 工中心10和一台车削中心8.9是多坐标测量仪，7是立体仓库、14是装夹具区。图的左部是 个柔性装配系统，其中有一个装载机器人12、三个装夹具机器人3、4、13：一个双臂机器人5、 一个手工工位2和传送带。柔性加工和柔性装配两个系统由一个自动导向小车作为运输系统15 连接。测量设备也集成在总控系统范用内。 柔性制造系统的主要特点有：①柔性高，适应多品种中小批量生产：②系统内的机床工艺能 力上是相互补充和相互替代的：③可混流加工不同的零件：④系统局部调整或维修不中断整个系 统的运作：⑤多层计算机控制，可以和上层计算机联网：⑥可进行三班无人干预生产。 >
7 器监控这些任务的执行。 （2）工作站控制级 FMS 工作站一般分成加工工作站和物流工作站。加工工作站完成各工 位的加工工艺流程、刀具更换、检验等管理；物流工作站完成原料、成品及半成品的储存、运输、 工位变换等管理。这一级控制系统是指挥和协调单元中一个设备小组的活动，处理由物料贮运系 统交来的零件托盘，并通过控制工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工过程中检验、 卸下工件以及清洗工件等功能对设备级各子系统进行调度。设备控制级和工作站控制级等控制系 统一般采用具有较强控制功能的有实时控制功能的微型计算机、总线控制机或可编程控制器等工 控机。 （3）单元控制级 单元控制级作为 FMS的最高一级控制，是全部生产活动的总体控制系统， 同时它还是承上启下、沟通与上级（车间）控制器信息联系的桥梁。因此，单元控制器对实现底 三层有效的集成控制，提高 FMS 的经济效益，特别是生产能力，具有十分重要的意义。单元控 制级一般采用具有较强实时处理能力的小型计算机或工作站。 图 8-5 是一种较典型的 FMS，4 台加工中心直线布置，工件储运系统由托盘站 2、托盘运输 无轨小车 4、工件装卸工位 3和布置在加工中心前面的托盘交换装置 12等组成。刀具储运系统由 中央刀库 8、刀具进出站 6、刀具输送机器人移动车 7和刀具预调仪 5等组成。单元控制器 9、工 作站控制器（图中未标出）和设备控制装置组成三级计算机控制。切屑运输系统没有采用集中运 输方式，每台加工中心均配有切屑运输装置。 图 8-6 具有装配功能的柔性制造系统 1—控制柜 2—手工工位 3—紧固机器人 4—装配机器人 5—双臂机器人 6—清洗站 7—仓库 8—车削加工中心 9—多坐标测量仪 10—镗铣加工中心 11—刀具预调站 12—装配机器人 13—小件 装配站 14—装夹站 15—AGV（自动导引小车） 16—控制区 图 8-6 所示是一个具有柔性装配功能的柔性制造系统。图的右部是加工系统，有一台镗铣加 工中心 10 和一台车削中心 8。9是多坐标测量仪，7 是立体仓库、14是装夹具区。图的左部是一 个柔性装配系统，其中有一个装载机器人12、三个装夹具机器人 3、4、13；一个双臂机器人5、 一个手工工位 2 和传送带。柔性加工和柔性装配两个系统由一个自动导向小车作为运输系统 15 连接。测量设备也集成在总控系统范围内。 柔性制造系统的主要特点有：①柔性高，适应多品种中小批量生产；②系统内的机床工艺能 力上是相互补充和相互替代的；③可混流加工不同的零件；④系统局部调整或维修不中断整个系 统的运作；⑤多层计算机控制，可以和上层计算机联网；⑥可进行三班无人干预生产
四、柔性制造线FML 制造柔性线(Flexible Mnufacturing Line)由自动化加工设备、工件输送系统和控制系 统等组成。柔性制造线M与柔性制造系统之间的界限也很模糊，两者的重要区别是前者象刚性 自动线一样，具有一定的生产节拍，工作沿一定的方向顺序传送，后者则没有一定的生产节拍， 工件的传送方向也是随机性质的。柔性制造线主要适用于品种变化不大的中批和大批量生产，线 上的机床主要是多轴主轴箱的换箱式和转塔式加工中心。在工件变换以后，各机床的主轴箱可自 动进行更换，同时调入相应的数控程序，生产节拍也会作相应的调整。 柔性制造线的主要优点是：具有刚性自动线的绝大部分优点，当批量不很大时，生产成本比 刚性自动线低得多，当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的 总费用却比刚性自动线高得多。有时为了节省投资，提高系统的运行效率，柔性制造线常采用刚 柔结合的形式，即生产线的一部分设备采用钢刚性专用设备（主要是组合机床），另一部分采用换箱 或换刀式柔性加工机床 1、自动化加工设备组成FML的自动化加工设备有数控机床、可换主轴箱机床。可换主轴 箱机床是介于加工中心和组合机床之间的一种中间机型。可换主轴箱机床周围有主轴箱库，根据 加工工件的需要更换主轴箱。主抽箱通常是多轴的，可换主轴箱机床对工件进行多面、多轴、多 刀同时加工，是一种高效机床， 2、工件输送系统下L的工件输送系统和性白动线类似，采用各种传送带输送工件，工 件的流向与加工顺序一致，依次通过各加工站， 3、刀具可换主轴箱上装有多把刀具。主轴箱本身起着刀具库的作用，刀具的安装、调整 般由人工进行，采用定时强制换刀。 装抑 图87柔性制造线示意图 图&7为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由2台对面布置的数控铣床，4台两两对 面布置的转塔式换箱机床和1台循式换箱机床组成。采用辊道传送带输送工件。这条自动线看起 来和性自动线没有什么区别，但它具有一定的柔性。FML同时具有国性自动线和FS的某些 特征。 在柔 上接近PMS,在生产率上接近刚性自动线。 五、柔性特配线A 柔性装配线(FlexibleAssembly Line)通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成， 1、装配站 FL中的装配站可以是可编程的装配机器人，不可编程的自动装配装置和人工装配工位。 2、物料输送装置
8 四、柔性制造线FML 制造柔性线（Flexible Manufacturing Line）由自动化加工设备、工件输送系统和控制系 统等组成。柔性制造线 FML 与柔性制造系统之间的界限也很模糊，两者的重要区别是前者象刚性 自动线一样，具有一定的生产节拍，工作沿一定的方向顺序传送，后者则没有一定的生产节拍， 工件的传送方向也是随机性质的。柔性制造线主要适用于品种变化不大的中批和大批量生产，线 上的机床主要是多轴主轴箱的换箱式和转塔式加工中心。在工件变换以后，各机床的主轴箱可自 动进行更换，同时调入相应的数控程序，生产节拍也会作相应的调整。 柔性制造线的主要优点是：具有刚性自动线的绝大部分优点，当批量不很大时，生产成本比 刚性自动线低得多，当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的 总费用却比刚性自动线高得多。有时为了节省投资，提高系统的运行效率，柔性制造线常采用刚 柔结合的形式，即生产线的一部分设备采用刚性专用设备（主要是组合机床），另一部分采用换箱 或换刀式柔性加工机床。 1、自动化加工设备 组成FML 的自动化加工设备有数控机床、可换主轴箱机床。可换主轴 箱机床是介于加工中心和组合机床之间的一种中间机型。可换主轴箱机床周围有主轴箱库，根据 加工工件的需要更换主轴箱。主轴箱通常是多轴的，可换主轴箱机床对工件进行多面、多轴、多 刀同时加工，是一种高效机床。 2、工件输送系统 FML 的工件输送系统和刚性自动线类似，采用各种传送带输送工件，工 件的流向与加工顺序一致，依次通过各加工站。 3、刀具 可换主轴箱上装有多把刀具，主轴箱本身起着刀具库的作用，刀具的安装、调整 一般由人工进行，采用定时强制换刀。 图 8-7 柔性制造线示意图 图 8-7 为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由 2 台对面布置的数控铣床，4 台两两对 面布置的转塔式换箱机床和 1台循式换箱机床组成。采用辊道传送带输送工件。这条自动线看起 来和刚性自动线没有什么区别，但它具有一定的柔性。FML 同时具有刚性自动线和 FMS 的某些 特征。在柔性上接近FMS，在生产率上接近刚性自动线。 五、柔性装配线FAL 柔性装配线（Flexible Assembly Line）通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成。 1、装配站 FAL 中的装配站可以是可编程的装配机器人，不可编程的自动装配装置和人工装配工位。 2、物料输送装置
在FL中，物料输送装置根据装配工艺流程为装配线提供各种装配零件，使不同的零件和已 装配成的半成品合理地在各装配点间流动，同时还要将成品部件（或产品）运离现场。输送装置 由传送带和换向机构等组成。 3、控制系统 FL的控制系统对全线进行调度和监控，主要是控制物料的流向、自动装配站和装机器人 图8-8柔性装配示意图 】一无人驾驶输送装置2一传送带3一双臂装配机器人4一装配机器人 5一拧螺纹机器人6一自动装配站7一人工装配工位8一投料工作站 图&8是FAL的示意图，线中有无人驾驶输送装置1，传送带2，双臂装配机器人3.装配机 器人4，拧螺纹机器人5，自动装配站6，人工装配工位7和投料工作站8等组成。投料工作站中 有料库和取料机器人。料库有多层重达放置的盒子，这些盒子可以抽出，也称之为抽屉，待装 的零件存放在这些盒子中。取料机器人有各种不同的夹爪，它可以自动地将零件从盒子中取出， 并摆放在一一个托盘中。盛有零件的托盘由传送带自动地送往装配机器人或装配站。 六、计算机集成制造系统(CIMS) 计算机集成制造系统(Computer Intergrated Manufacturing System)是一种集市场分析、产品 设计、加工制造、经 管理、售后服务与 一体，借助于计算机的的控制与信息处理功能，使企 运作的信总流、物质流、价值流和人力资源有机融合，实现产品快速更新、生产率大幅提高、质 量稳定、资金有效利用、损耗降低、人员合理配置、市场快速反馈和良好服务的全新的企业生产 模式。 1、CIMS的功能构成 CIMS的功能构成包括下列内容，如图8-9所示。 (1)管理功能CMS能够对生产计划、材料采购、仓储和运输、资金和财务以及人力资 进行合理配置和有效协调。 (2)设计功能CMS能够运用CAD、CAE、CAPP(i计算机辅助工艺编制、NCP(数控 程序编制)等技术手段实现产品设计、工艺设计等。 (3)制造功能☑MS能够按工艺要求，自动组织协调生产设备(CNC、FMC、FMS、FAL 机器人等入、储运设备和辅助设备（送料、排屑、清洗等设备）完成制造过程
9 在 FAL中，物料输送装置根据装配工艺流程为装配线提供各种装配零件，使不同的零件和已 装配成的半成品合理地在各装配点间流动，同时还要将成品部件（或产品）运离现场。输送装置 由传送带和换向机构等组成。 3、控制系统 FAL 的控制系统对全线进行调度和监控，主要是控制物料的流向、自动装配站和装配机器人。 图 8-8 柔性装配示意图 1—无人驾驶输送装置 2—传送带 3—双臂装配机器人 4—装配机器人 5—拧螺纹机器人 6—自动装配站 7—人工装配工位 8—投料工作站 图 8-8 是FAL的示意图，线中有无人驾驶输送装置 1，传送带2，双臂装配机器人 3，装配机 器人4，拧螺纹机器人 5，自动装配站 6，人工装配工位 7和投料工作站 8等组成。投料工作站中 有料库和取料机器人。料库有多层重迭放置的盒子，这些盒子可以抽出，也称之为抽屉，待装配 的零件存放在这些盒子中。取料机器人有各种不同的夹爪，它可以自动地将零件从盒子中取出， 并摆放在一个托盘中。盛有零件的托盘由传送带自动地送往装配机器人或装配站。 六、计算机集成制造系统（CIMS） 计算机集成制造系统（Computer Intergrated Manufacturing System）是一种集市场分析、产品 设计、加工制造、经营管理、售后服务与一体，借助于计算机的的控制与信息处理功能，使企业 运作的信息流、物质流、价值流和人力资源有机融合，实现产品快速更新、生产率大幅提高、质 量稳定、资金有效利用、损耗降低、人员合理配置、市场快速反馈和良好服务的全新的企业生产 模式。 1、CIMS 的功能构成 CIMS 的功能构成包括下列内容，如图8-9 所示。 （1）管理功能 CIMS能够对生产计划、材料采购、仓储和运输、资金和财务以及人力资源 进行合理配置和有效协调。 （2）设计功能 CIMS 能够运用 CAD、CAE、CAPP（计算机辅助工艺编制）、NCP（数控 程序编制）等技术手段实现产品设计、工艺设计等。 （3）制造功能 CIMS能够按工艺要求，自动组织协调生产设备（CNC、FMC、FMS、FAL、 机器人等）、储运设备和辅助设备（送料、排屑、清洗等设备）完成制造过程
伎术文档资料 机助设CA9 售管理 cAP 市场信息 分系数 系 IS \TIS 质量要求 S和 成品 量计刘 质综合管理医量文 工业机人 原材料[能源 图8-9CIMS的组成 (4)质量控制功能CIMS运用CAQ(计算机辅助质量管理)来完成生产过程的质量管理 和质量保证，它不仅在软件上形成质量管理体系，在硬件上还参与生产过程的测试与监控。 (5)集成控制与网络功能CS采用多层计算机管理模式，例如工厂控制级、车间控制级」 单元控制级、工作站控制级、设各控制级等，客级间分工明确、资酒共享，并依静网络实现信后 传递。CIMS还能够与客户建立网络沟通渠道，实现自动定货、服务反馈、外协合作等 从上述介绍可知，QMS是目前最高级别的自动化制造系统，但这并不意味着CS是完全 自动化的制造系统。事实上，目前意义上MS的自动化程度甚至比柔性制造系统还要低。CMS 强调的主要是信息集成，而不是制造过程物流的自动化。心的主要特点是系统十分庞大，包 括的内容很多，要在一个企业完全实现难度很大。但可以采取部分集成的方式，逐步实现整个企 业的信息及功能集成。 2、CIMS的关键技术 CMS是传统制造技术、自动化技术、信总技术、管理科学、网络技术、系统工程技术综合 应用的产物，是复杂而庞大的系统工程。CS的主要特征是计算机化、信息化、智能化和高度 集成化。目前各个国家都处在局部集成和较低水平的应用阶段，☒S所需解决的关键技术主要 有信息集成、过程集成和企业集成等问题。 (1)信息集成针对设计、管理和加工制造的不同单元，实现信息正确、高效的共享和交 换，是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。信息集成的首要问题是建立企业的系统 型。利用企业的系统模型来科学的分析和综合企业的各部分的功能关系、信息关系和动态关系， 解决企业的物质流、信息流、价值流、决策流之间的关系，这是企业信息集成的基础。其次，由 于系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库和应用软件，且各系统间可能使用不同的通 信协议，因此信总集成还要处理好信息间的接口问题。 (2)过程集成企业为了提高T(效率)、O(质量)、C(成本)、S(服务)、E(环境)等 目标，除了信息集成这一手段外，还必须处理好过程间的优化与协调。过程集成要求将产品开发 工艺设计、生产制造、供应销售中的各串行过程尽量转变为并行过程，如在产品设计时就考虑到 下游工作中的可制造性、可装配性、可维护性等。并预见产品的质量、售后服务内容等。过程集 成还包括快速反应和动态调整，即当某一过程出现未预见偏差，相关过程及时调整规划和方案。 (3)企业集成充分利用全球的物质资源、信总资源、技术资源、造资源、人才资源和 用户资源，满足以人为核心的智能化和以用户为中心的产品柔性化是CMS全球化目标，企业集 成就是解决资源共享、资源优化、信息服务、虚拟制造、并行工程、网络平台等方面的关键技术。 10
10 图 8-9 CIMS 的组成 （4）质量控制功能 CIMS 运用 CAQ（计算机辅助质量管理）来完成生产过程的质量管理 和质量保证，它不仅在软件上形成质量管理体系，在硬件上还参与生产过程的测试与监控。 （5）集成控制与网络功能 CIMS采用多层计算机管理模式，例如工厂控制级、车间控制级、 单元控制级、工作站控制级、设备控制级等，各级间分工明确、资源共享，并依赖网络实现信息 传递。CIMS 还能够与客户建立网络沟通渠道，实现自动定货、服务反馈、外协合作等。 从上述介绍可知，CIMS 是目前最高级别的自动化制造系统，但这并不意味着 CIMS 是完全 自动化的制造系统。事实上，目前意义上 CIMS的自动化程度甚至比柔性制造系统还要低。CIMS 强调的主要是信息集成，而不是制造过程物流的自动化。CIMS 的主要特点是系统十分庞大，包 括的内容很多，要在一个企业完全实现难度很大。但可以采取部分集成的方式，逐步实现整个企 业的信息及功能集成。 2、CIMS 的关键技术 CIMS 是传统制造技术、自动化技术、信息技术、管理科学、网络技术、系统工程技术综合 应用的产物，是复杂而庞大的系统工程。CIMS 的主要特征是计算机化、信息化、智能化和高度 集成化。目前各个国家都处在局部集成和较低水平的应用阶段，CIMS 所需解决的关键技术主要 有信息集成、过程集成和企业集成等问题。 （1）信息集成 针对设计、管理和加工制造的不同单元，实现信息正确、高效的共享和交 换，是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。信息集成的首要问题是建立企业的系统模 型。利用企业的系统模型来科学的分析和综合企业的各部分的功能关系、信息关系和动态关系， 解决企业的物质流、信息流、价值流、决策流之间的关系，这是企业信息集成的基础。其次，由 于系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库和应用软件，且各系统间可能使用不同的通 信协议，因此信息集成还要处理好信息间的接口问题。 （2）过程集成 企业为了提高 T（效率）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境）等 目标，除了信息集成这一手段外，还必须处理好过程间的优化与协调。过程集成要求将产品开发、 工艺设计、生产制造、供应销售中的各串行过程尽量转变为并行过程，如在产品设计时就考虑到 下游工作中的可制造性、可装配性、可维护性等，并预见产品的质量、售后服务内容等。过程集 成还包括快速反应和动态调整，即当某一过程出现未预见偏差，相关过程及时调整规划和方案。 （3）企业集成 充分利用全球的物质资源、信息资源、技术资源、制造资源、人才资源和 用户资源，满足以人为核心的智能化和以用户为中心的产品柔性化是 CIMS全球化目标，企业集 成就是解决资源共享、资源优化、信息服务、虚拟制造、并行工程、网络平台等方面的关键技术