摘要
近年来，随着FMS系统技术的推广和实施，FMS中的生产计划问题得到理论界和工业界的普遍关注，然而，由于理论研究与工程实际缺乏很好的沟通，无论是所研究的问题还是提出的调度方法都离实用化要求有相当的差距。因此，研究一种有效、适用的算法来解决FMS系统实际生产中的计划问题是一个值得研究的课题。
本论文围绕着有实际应用背景的FMS生产调度问题，研究新的调度方法和技术及它们在实际调度问题中的应用，主要在以下几个方面作了一些研究, FMS系统计划调度模型研究，并对FMS系统计划调度进行层次划分和层次关系的分析，重点论述了FMS作业计划的内容和主要完成的功能。在分析了各种常用作业计划方法的基础上，提出了制定FMS作业计划的启发式传算法，本章描述了解决FMS作业计划调度最短完工时间问题的一种快速有效的启发式算法。该算法基于一种优先指派规则和随机规则，对实例能够得到最优解或近优解。最后为典型企业提出计划调度系统方案设计。
关键词：柔性制造系统FMS 作业计划静态调度动态调度启发式算法
ABSTRACT
Recently,with the development and implement of the technology of FMS system,the problem of productive planning and scheduling in FMS system are getting the broad attention in the dotain of theory and industry .
But because of the lack of communication between the theory and the pracitce,the questions and methods of scheduling being studied are all unpractical. So,it is worth studying to find effective and applicable algorithms to sovle the problem of productive planning and scheduling in FMS system.
The paper studied a new method of scheduling and its application in the practical productive problem.We studied on model of planning and scheduling in FMS.The paper partitioned the arrangement of planning and scheduling in FMS system and analysised the relation of all the arrangement.We also discussed the content and the function of the planning in FMS system. Based on analysing commonly used methods of activity planning，We proposed the heuristic algorithm.In this paper ，heuristic algorithm for solving the minimum makespan problem of job shop scheduling was presented.The algorithm was based on priority dispatching rule and random rule .A lot of instances showed that they could get optial or near optial by the heuristic algorithm. Finally, we proposed scheduling system design for typical enterprises.
Key words: Flexible Manufacturing System Activity Planning Static Scheduling Dynamic Scheduling Heuristic Algorithm
目录
摘要 .................................................... I ABSTRACT ............................................... II 第1章绪论 . (1)
1.1 FMS系统生产计划调度的意义 (1)
1.2 生产调度发展及国内外研究现状 (2)
1.3 本课题研究的主要内容 (6)
第2章 FMS生产计划调度理论研究 (8)
2.1 生产调度中的基本概念 (8)
2.2 生产调度的分类 (8)
2.3 生产调度问题的特点 (9)
2.4 生产调度的研究方法 (9)
2.5 生产调度研究存在的问题 (11)
2.6 生产调度研究的发展趋势 (12)
第3章 FMS系统计划调度模型研究 (13)
3.1 FMS的概念 (13)
3.2 FMS系统生产计划调度框架 (13)
3.3 FMS作业计划 (15)
第4章基于启发式算法的FMS作业计划方法 (17)
4.1启发式算法概述 (17)
4.2 FMS作业计划算法的优缺点 (18)
4.3 FMS作业计划的描述模型及约束条件 (21)
4.4 FMS作业计划启发式算法 (22)
4.4.1 FMS调度问题的数学描述 (22)
4.4.2 目标函数 (23)
4.4.3 FMS调度优先规则 (23)
4.4.4 启发式算法步骤 (24)
4.5实验结果与分析 (26)
4.5.1 FMS作业计划调度实例 (26)
4.5.2 结果分析 (28)
第5章某企业FMS生产计划调度系统方案设计 (29)
5.1 某企业需求分析 (29)
5.2 车间生产计划调度系统组成 (29)
5.3 车间生产计划调度系统的开发环境与软件结构 (30)
5.4 车间生产计划调度系统作用 (32)
结束语 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
第1章绪论
1.1 FMS系统生产计划调度的意义
制造业是国民经济的支柱产业。没有发达的制造业，就没有国家的真正繁荣和强大。制造技术[1]——完成制造活动所需一切技术手段的总称，是支持高质量制造业的技术后盾。
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System, CIMS）和智能制造系统等先进制造技术的典型代表，始终把加工制造过程作为重要的研究对象之一。随着电子技术、计算机技术的发展，制造设备自动化水平和加工能力得到了极大的提高，NC、CNC技术得到了普遍采用，柔性生产与制造应运而生，并迅速发展成为被广泛应用的柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简写FMS）。
FMS在提高生产效率和产品质量、保证交货期、提高系统可靠性、加强企业应变能力等方面已取得很大效益[2]。但是单纯将FMS的硬件设备组成一个系统，并不一定就能取得上述效果。再加上FMS制造过程的自动化水平的提高，指挥生产过程合理、高效运行的生产计划调度问题变得更加复杂，往往超出人的正常决策能力。依靠手工制订作业计划存在以下问题：
制订作业计划工作量大、烦琐，效率低；
对调度员素质要求高，计划质量难以保证；
对生产过程监控实时性差，影响调度的动态品质；
依赖人来指挥生产加工过程的传统模式已经远远不能适应FMS制造环境的需要，迫切需要研究有效的生产计划调度方法和建立实现这些生产计划调度方法的计算机生产计划调度管理系统。
作业排序问题[3]有着深刻的实际背景，是工农业生产、国防、科研、交通运输以及各种服务行业中普遍遇到的问题。作业调度问题的研究不仅具有重大的现实意义，而且具有深远的理论意义。作业调度就是根据产品制造需求合理分配产品制造资源，进而达到合理利用产品制造资源、提高企业经济效益的目的。它是产品制造行业中共存的问题，它与FMS中的工厂管理、产品制造层次紧密相关，是FMS领域中研究的重要课题。
一般地说，凡是有多个不同项目要完成，就有排序问题的存在[3,4]。这些问题的共同特征就是要将不同的任务安排一个执行的顺序和时间，将有限的人力、物力资源分配给不同的任务，使预定的目标达到最优。由于同一台设备上可能要加工的零件有多个，一个零件可能有多道工序要到多台设备上去加工，不同零件的加工工艺路线也可能不相同，而每道工艺的加工时间也可能不相同，这就使得排序问题非常复杂。n
个任务在m台机器上不同的安排顺序得出的结果差别较大，怎样安排加工顺序，才能得到最优或近似最优的结果，就是调度问题；其中，
“机器”可以指工厂里的各种机床、维修工人、轮船要停靠的码头、计算机的中央处理器、存储器、输入和输出单元，即代表“服务者”；而“任务”则是等待机床加工的各种零件、待修理的机器、即将停靠码头的轮船、等待处理的程序，即“服务对象”；对于一般的排序问题，“机器”和“任务”都有多个，调度问题要解决的是确定服务者对服务对象的服务顺序和时间，使目标函数达到最优。
大规模、复杂约束、多目标的调度问题是目前的研究热点，是接近实际生产的优化模型。生产调度是其中一类，该问题的研究对实际生产具有重要意义：对一般的生产调度问题，总完工时间（Total Flowtime）最小促使资源稳定有效地利用、任务的快速传递及在制品库存最小[5,6]；而最大完工时间（makespan）最小能减小总的生产周转时间，这些都是目前现代集成制造系统FMS、计算机系统和其他一些信息系统所关心的一些问题。
车间作业调度是FMS领域中研究的重要课题。同时也是在实际中应用最广的运筹学分支之一，研究它对于在现有资源条件下提高工作效率和经济效益有重要作用。
调度问题的研究自50年代就受到应用数学、运筹学、工程技术等领域的科学家们的重视，是一门十分古老的学科[3,7,8,9]。许多调度问题是NP难题，严重阻碍了调度问题研究取得重大进展和突破。象Flow-shop和Job-shop这样的典型加工问题，尽管已经对实际问题作了大量的抽象和简化，但在多数情况下仍为NP难题，更何况FMC、FMS这样的加工系统调度问题，较Flow-shop和Job-shop要复杂的多。因此，仅仅依靠基于解析优化技术方法，试图解决属于NP难题的调度问题，不可避免地遇到了难以逾越的障碍，其它如仿真方法等也同样受到NP问题的困扰。
由于一个好的作业调度方案不仅可以降低生产成本，而且可以提高企业产品的准时交货能力，从而增强企业的竞争力。所以，本题研究基于启发式算法的FMS作业计划方法，以满足实际工程应用中对于实时性和优解性需求。
1.2 生产调度发展及国内外研究现状
到目前为止，研究调度问题的主要理论仍然是产生于五十年代的经典调度理论(Classieal Seheduling Theory)。一般认为，Johnson于1954年对两台机器下作业排序问题的求解是经典调度理论产生的重要理论。他首先提出了n/m/F/Cmax问题的
中特殊情况算法。Jacks在他的个研究报告里优化算法，并且在此基础上给3/F/C
max
首先提出了EDD规则；Smith也提出了单机(single Machine)问题的几个优化规则。这段时期的研究成果主要是提出了针对特殊的和规模较小问题的解析优化方法，一般仅适用于单机和简单的流水车间
(F1ow-Shop)问题，研究范围较窄，但这些早期的工作为经典调度理论后来的发展奠定了基础。
六十年代，人们开始用一些普通的优化方法来解决调度问题，主要是一些数学规划方法(如分枝定界法和动态规划法)，如story、Ignall等的研究，同时也有人开始将启发式算法应用到调度问题的研究中去，如Gere、Gavt提出的方法。P.Mellor系统总结和归纳了调度问题的有关定义和概念，包括研究调度问题的12条假设、27个调度目标和一些解决问题的方法[10]，他注意到了调度理论同实际生产脱节的问题;conway等(1967)提出了调度问题的描述系统。六十年代末期，一个完整的经典调度理论体系开始初步形成。
七十年代，问题复杂性方面的理论工作开始了，人们发现大多数调度问题都是NP-complete问题或NP-hard问题，一般很难找到解决这些问题的快速算法，因此解决调度问题的启发式算法开始成为求解调度问题的重要算法。如Campvell、Gupta、Baker、Danwnbring、Garey和Gonzalez等都提出了很多重要的算法。panwalkar等回顾了二十年来调度理论的研究情况，总结和归纳出113条调度规则[11]，并对其进行了分类;我国学者越民义等开始研究调度问题。
八十年代初期，Stephen[20]等从三个方面对调度问题进行了重新考察，并根据调度理论在实际中的应用情况，对未来发展做了一些分析和预测，认为调度理论与实际的结合已经成为调度研究的首要问题。这个富有挑战性的课题吸引了来自机械制造、自动化技术、计算机科学、企业管理、系统工程和应用数学等多个领域的学者，许多跨学科领域的技术和方法被应用到调度问题研究中，调度成为一种跨学科的研究领域。其中一项最引人注目的工作是以Carnegie-Melfon大学的MFox为代表的学者们开展的基于约束传播的ISIS研究。这项研究标志了人工智能真正应用于调度问题，其后这方面出现了一系列重要的研究成果。八十年代后期，Rodammer等(1988)总结了生产调度的理论和实践方面的最新研究进展[12],他们从七个方面论述了有关生产调度的技术和方法，包括传统的调度理论、控制理论、人工智能和离散事件仿真等，同时也讨论了MRPΠ、JIT、和OPT等技术的应用情况，他们认为，生产调度无论在理论还是实践上都已经开始打破传统的界限。
九十年代，对调度问题的研究进入了高潮，各种研究手段得到了充分的发挥，同时还不断有新的研究工具被应用到调度研究当中。比较有代表性的技术有:遗传算法、人工神经网络、Petri网、模糊数学和系统仿真等，智能调度已成为调度研究的主流，其中分布式人工智能技术，特别是多代理技术在调度研究中的应用成为该领域的一个新的发展方向。近几年来，随着软件技术及其它相关技术的发展和计算机硬件性能的提高，开发智能化生产计划与控制系统的时机已慢慢成熟。目前，国外许多科研机构和软件公司都研究和开发了针对各种生产实际的生产作业计划和调度系统。在国内，许多高校和科研机构如清华大学、中科院沈阳自动化研究所和东北大学等单位参与了
该领域的工作，有些成果已经在国家的CIMS示范工程中得到了一定程度的应用。但多数企业的车间生产作业计划与调度软件都是针对某生产车间定制的，它只能应用于特定的场合，而当前无论是开发者还是使用者，都迫切需要实现通用性好、适用面广、智能化程度高的生产作业计划及资源优化利用智能支撑系统。
车间生产过程的规划调度问题是车间控制的核心问题之一。如何采取有效的调度方法和优化技术，提高资源利用率，降低生产成本，成为先进制造技术在车间应用中的基础和关键。Saad等人采用基于合同网的投标机制，提出生产预留的方法来实现工艺规划和调度[13]。
孙志峻，朱剑英(2001)用遗传算法研究了具有柔性加工路径的作业车间的智能优化调度问题，提出了一种将遗传算法和分派规则相结合的调度算法，将加工计划与生产调度同时考虑，避免了加工计划和生产调度相脱节的弊端[14]。
Farhoodi在1990年提出了一个针对动态的车间调度问题的基于知识的优化方法，是基于知识的方法在调度问题中的很好的应用[15]。
赵良辉2006年结合车间调度问题的特点阐述了模拟退火算法在解决车间调度问题上的应用，提出了基于模拟退火算法的车间调度问题模型，并以Matlab为工具进行了仿真实验[16]。
王万良在2002年提出了基于神经网络的作业车间生产调度的新方法，给出了作业车间生产调度问题（JSP）的约束条件及其换位矩阵表示，提出了新的包括所有约束条件的计算能量函数表达式，得到相应的作业车间调度问题的Hopfield神经网络结构与权值解析表达式[17]。
Crauwels(1996)研究了一个单机器的批处理生产调度问题，通过数值仿真计算，比较了模拟退火、禁忌搜索、遗传算法和一种启发式算法，结果表明在该环境下启发式算法效果比较好[19]。
黄志在2006年描述了一种解决作业车间调度最短完工时间问题的有效的启发式算法，该算法基于禁忌搜索技术。为了得到更好的结果，还将倒转技术引入到算法中。从对一组问题基准实例的实验计算结果看，该算法在合理的计算时间内对多个实例得到比2004年提出的ISSB算法更好的结果[20]。
Ouelhadj（2004）研究了钢铁生产中的连铸和热轧的生产过程，分析了一种基于代理的调度机制，设计了基于合同网络协议的两层投标机制，并将禁忌搜索算法包含在调度机制中，最后通过算例分析了该方法的效果[21]。
意大利科学家M.Dorigo、V.Maniezzo、A.Colorini等人提出了一种基于种群的模拟退化算法，从分利用，蚁群收索食物的过程与著名的商旅问题之间的相似性，通过人工模拟蚂蚁收索食物的过程求解车间作业调度问题[22]。
StefanHahndel等提出了作业车间中用于自治Agent的分布式任务规划方通过Agent
之间的相互协调完成作业调度，并用面向对象的仿真环境进行了和验证[23]。
Miyashita提出在不牺牲规划/调度解的质量的条件下，用分布式的方法通Agent 内与Agent之间的约束协调求解方法[24]。
CarlaP.Gomes等研究了作业车间分布式调度系统，赋予不同地位的Agent应的功能，研究同级Agent在相互作用的过程中产生的冲突问题。
韩国的先进科学与技术研究所(Korea Advaneed Institute of sciencea Teehnology)提出了一种构造多Agent系统的方法，并把它用于车间的调度，取得了良好的效果[25]。
沈阳自动化研究所张宇等研究了在敏捷制造环境下制造车间生产过程的调度问题，建立了多代理生产组织和运行模式生产过程动态调度系统框架结针对敏捷化调度的特殊性，提出了综合运用规则调度与多代理机制的动态调度法，并以仿真方法研究了其可行性[26]。
南京航天航空大学机电工程研究所乔兵等提出了一种基于合同网协议投标制的多Agent分布式动态作业车间调度方案。调度系统包括工作单元Agent、作业Agent 和事件Agent[27]。
清华大学廖强等提出了一种基于现场总线的多Agent作业车间动态调度问题的解决方法。在该方法中，有一个起核心作用的Agent负责向其他辅助Agent发送调度任务，在所有辅助Agent调度完毕后，回收它们的调度结果，然后进行统统协调，最终得出一个调度方案[28]。
Shaw提出基于AI启发式搜索技术的FMS调度算法，所产生的调度由于存在争用资源的现象。Shaw发现好的启发知识有利于提高调度算法的计算效率来限制搜索，但是搜索的空间依然很大[29]。
Bruno基于专家系统来实现FMS调度，ES使用派遣规则选择送入到FMS中的工件，但即使具有高优先级的工件，如果不满足生产约束条件也不能被选中。同时，基于闭环队列网络平均值分析技术的启发率，用来检查诸如机器利用率、平均队列长度和批生产率等容量约束。利用规则库和性能分析器，通过一个仿真模型来获得系统状态轨迹，即调度结果[30]。
Kusiak提出一种使用基于规则的专家系统的FMS调度方案。正常情况下，它使用优先级规则来调度作业，但当作业由于资源冲突不能被调度时，利用决策表来选择可替换机器、刀具、夹具和物料传输设备。为解决资源冲突，Kusiak提出一个基于知识和优化算法的调度系统（KBSS），KBSS由知识库、推理机、算法库和数据库组成[31]。
Tamura等提出一种基于知识的在线调度方法，发现基于启发式派遣规则的动态调度方法由于缺乏全局观念，调度的效果依赖于特定的系统和特定的性能判据，因此提出在仿真和专家经验的基础上智能选择启发规则的动态调度方法[32]。
童刚等〔2001)提出了一种用于job一shop调度问题的改进禁忌搜索算法，该方法采用了HASH技术存储禁忌表[33]。
朱双东，夏文明提出了将Hopfield神经网络与模拟退火相结合以求解Job-Shop 类调度问题的算法。该算法给出了Job-Shop类调度问题的约束条件,并且直接把问题的各种约束条件表示为Hopfield神经网络的能量函数项。为避免Hopfield神经网络容易收敛到局部极小解而产生非法调度解的缺点,将模拟退火算法应用于Hopfield 神经网络求解,使Hopfield神经网络收敛到能量函数的全局最优解,从而保证神经网络输出是一个可行的调度方案[34]。
吴秀丽等针对多目标柔性作业车间调度优化无法找到唯一最优解的问题,提出多目标遗传算法和层次分析法模糊综合评判的分阶段优化策略。提出优化阶段和精选阶段的优化任务,优化阶段选出一组Pareto解集,精选阶段从Pareto解集中选出最优解;在精选阶段运用层次分析法和模糊评判集成的策略精选调度决策[35]。
潘全科等提出了用于解决作业车间调度问题的离散版粒子群算法。该算法采用基于工序的编码和新的位置更新策略,使具有连续本质的粒子群算法直接适用于调度问题。同时,克服粒子群算法容易陷入局部最优的缺陷,使粒子群算法和变邻域搜索算法的性能互补[36]。
张维存等提出一种主、从递阶结构的蚁群遗传求解算法。算法中,主级为蚁群算法,完成工件组合和加工路径选择;从级为遗传算法,完成主级约束下的设备排产。分别以工件延迟时间和设备可用能力为启发式信息,设计蚂蚁工件间和设备间的转移概率;以设备空闲时间最小为目标,设计从级染色体选择、多点交叉和多点变异3类遗传操作。从级染色体适应值取其代表调度方案中工件流通时间的倒数,从蚂蚁游历值取其对应从级染色体种群的最优适应值[37]。
潘全科等结合作业车间调度问题的关键路径理论,设计了一种具有多次退火过程的调度算法。该算法利用记忆表记录下降过程中的平衡点,当一次退火过程结束后,从表中取出各平衡点的温度、状态和抽样长度重新开始退火过程,直到记忆表为空。仿真结果表明该算法在求解质量和求解效率方面均有优势[38]。
朱笑奔，赵新，张为民基于仿真的车间作业计划系统可以增加系统的透明度,提高计划执行率，针对多品种小批量的生产模式,在eM-Plant软件上提出一种基于离散事件的仿真方案,开发了相应的系统模型和仿真算法,运行仿真系统,得到调度结果。采用上述仿真系统就某军工车间一计划周期的生产任务进行仿真,根据不同优先级的仿真算法,得到合理的车间作业计划[39]。
1.3 本课题研究的主要内容
作业计划及资源优化利用的问题对企业的生产效益有直接的影响，如何解决生产
中的动态生产调度问题，成为调度研究的首要问题。优化调度算法仍然是调度研究的核心。
本文的主要内容：
1. 研究FMS系统计划调度模型，并对FMS系统计划调度进行层次划分和层次关系的分析，论述FMS作业计划的内容与功能。
2.提出基于优先规则和随机数的启发式算法。然后通过两个典型的实例，对启发式传算法和其它算法进行了比较。
3.开发FMS生产计划调度系统的需求分析，及软件的组成与基本功能。设计FMS 计划系统的软件结构，设计FMS作业软件人机界面。
第2章 FMS生产计划调度理论研究
2.1 生产调度中的基本概念
调度和计划的概念界限比较模糊，定义也比较混乱，极易造成混淆。在工程应用中，经常从时间周期角度定义长期计划、中期计划、短期计划[40]；调度仅仅限定为生产故障和异常情况下动态调度或再调度。这种体系的问题在于，它仅仅代表了实现调度系统经常采用的一种典型运行模式的需求，不具有广泛意义。另一种倾向是将调度概念泛化，即将整个车间层次生产指挥范畴下的活动安排均称为调度，并将其分解为几个层次进行研究，涉及计划调度等一系列问题[41,42]。
本文不采用这两种体制，而是将计划和调度二者有机地结合起来，将计划问题定义为生产计划和作业计划，将调度问题定义为静态调度和动态调度[2]，其中作业计划和静态调度二者的意义是一致的，都是针对加工活动的排序和加工时间的确定问题。本文主要研究作业计划和静态调度的制订方法问题。这样既有利于与经典调度理论的衔接，又方便本论文研究问题的阐述。
在制造业范畴，生产调度问题是与生产计划密切相关的。生产计划是为实现某些生产目标，在满足一系列领域约束的前提下，对活动集合进行选择和排序，以实现上述生产目标的过程。调度则是在计划的基础上，从备选计划中执行一组可行计划，并且在满足对活动完成时间要求和有限共享资源约束的条件下，为每个活动分配所需资源和时间。两者的主要区别在于生产计划不涉及时间概念，调度则重点强调时间概念。
调度问题的背景十分丰富。Flow-shop和Job-shop是对实际生产系统的抽象，侧重于机器和工件两类资源，而且加工工艺路线唯一确定；FMS调度问题除涉及机器、物料两类资源外，还包括夹具、运输系统等多种资源，其工件加工有多种工艺路线可供选择（称为路径柔性），这些都使得问题变得更加复杂[43,44]。
为便于进一步开展研究，将调度问题按其应用特点分为静态和动态两大类问题[45]。静态调度：是在调度环境和任务确定已知的前提下的所谓事前调度（pre-scheduling）方案，此种调度方案对事前已知和确定的调度环境和任务有严重的依赖性；动态调度：是指调度环境和任务存在着不可预测的扰动的情况下所提供的调度方案，它不仅依赖于事前调度环境和任务，还与系统当前状态有关。动态调度的典型是规则调度方案。静态调度方案和动态调度方案之间的关系与控制系统中开环控制和闭环控制的关系相类似。
先进制造技术论文 学院：xxx 班级：xxx 姓名：xxx 学号：xxx 目录 ? ? ? ? ? ? ? 概述 摘要：随着我国制造业的的不断发展，先进制造技术得到越来越广泛的应用。介绍了先进制造技术和先进制造模式的内容和发展情况，从两种角度解释其结构特征和关系，并从各种不同角度展望先进制造技术和先进生产模式的发展前景及其趋势特征。 先进制造技术AMT(AdvancedManufacturingTecnology)是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。 当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。 可基本归纳为以下五个方面：
一、先进的工程设计技术 二、先进制造工艺技术 三、制造自动化技术 四、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式 五、发展。 一、先进的工程设计技术 先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。 （1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等； （2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。 二、先进制造工艺技术 （1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。超高速切削。精密加工一般指加工精度在10～μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为～μm数量级，表面粗糙度Ra值为μm 数量级的加工方法。此外，精密加工与特种加工一般都是计算机控制的自动化加工。 （2)精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。 （3）现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。电火花加工(Electricaldischargemachining(EDM)电火花加工electricsparkmachining)是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。能对任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。可分为电火花成型加工(EDM)和电火花线切割加工(电火花线切割加工electricaldischargewire–cutting--EDW) 两大类。一般都采用CNC控制。 （4）快速成型制造（RPM).快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加而成。从CAD电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。 (5)先进制造工艺发展趋势 1）采用模拟技术，优化工艺设计； 2）成形精度向近无余量方向发展； 3）成形质量向近无“缺陷”方向发展； 4）机械加工向超精密、超高速方向发展； 5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题； 6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；
学校logo 本科毕业论文（设计）题目浅谈柔性制造系统的应用现状及发展趋势 学院理工学院 专业机械设计制造及其自动化 年级xxx 级 学号xxxxxxxx 姓名xx 指导教师xx 成绩 20xx年 xx 月 xx 日
目录 摘要 (1) 关键词 (1) ABSTRACT (1) KEY WORDS (1) 引言 (2) 1.柔性制造系统的产生背景 (2) 2.柔性制造系统的定义及组成 (3) 2.1柔性制造系统的定义 (3) 2.2柔性制造系统的组成 (3) 2.2.1加工系统 (4) 2.2.2运储系统 (4) 2.2.3刀具的运储设备 (5) 2.2.4 柔性制造系统的控制与管理系统 (5) 2.3 柔性制造系统的特点 (6) 3 柔性制造系统的发展 (6) 3.1国外的发展 (6) 3.2国内的发展 (8) 4 柔性制造系统的趋势 (9) 4.1 向小型化、单元化方向发展 (9) 4.2 向模块化、集成化方向发展 (10) 4.3 单项技术性能与系统性能不断提高 (10) 4.4 重视人的因素 (10) 4.5 应用范围逐步扩大 (10) 5 结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
浅谈柔性制造系统的应用现状及发展趋势 摘要：市场竞争和客户的个性化需求使现代的制造业中多品种，中、小批量生产所占的比重越来越大。柔性制造系统正是为适应这种新的市场环境而发展起来的。本文主要阐述了柔性制造系统的概念，发展历史，系统组成，分析了柔性制造系统的应用现状，使人们能认识柔性制造系统、了解柔性制造系统，知道柔性制造系统的现状和目前柔性制造系统自身的一些不足，让柔性制造系统的发展得到人们的重视，从而让更多的人来关注柔性制造系统。 关键词：柔性系统；发展；组成；发展现状 Abstract:Market competition and personalized customer demand so that modern manufacturing industry in many varieties, small batch production, in the proportion of the growing. Flexible manufacturing system is to adapt to the new market environment and the development of. This article mainly elaborated the flexible manufacturing system concept, development history, system composition, analysis of the flexible manufacturing system's application present situation, so that people can know about the flexible manufacturing system, flexible manufacturing system FMS, know the present situation and the flexible manufacturing system of the limitation, make development of flexible manufacturing systems to get people's attention, and allow more people to pay attention to flexible manufacturing system. Key words:flexible system; development; composition; development status
钣材柔性制造系统应用实例 柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。它具有两种或两种以上的加工工艺方式；一套物料存储运输系统，可以在机床和物料存储设备之间输送原辅料、工件、刀具等；运行信息的输出功能等基本特点。联合国欧经委对其定义为：由两个或两个以上的柔性加工单元构成，有自动传输系统通往工件库和刀具库，并在机床之间传送托盘、工件和工具，整个系统由计算机控制管理。 上世纪七、八十年代，钣材柔性制造系统已在国外开始应用。九十年代初，济南铸造锻压机械研究所设计开发出我国第一台以数控转塔冲床和数控直角剪床为主机的钣材柔性制造系统，并在天水长城开关厂运行至今，取得了很好的经济效益。在去年底德国汉诺威举行的第18届国际钣金加工技术展览会上，国外着名的钣金加工设备制造商如德国TRUMPF、意大利SALVAGNINI、芬兰FINN-POWER、日本AMADA等，均展出了其最先进的代表不同技术特点的钣材柔性制造系统，充分表明了钣金制造技术正朝着数字化、集成化和智能信息化的方向发展，体现为钣金加工设备由单机型向数控多机复合型转化，由多工序加工、人工辅助操作型向全过程一体化加工方式转化，由一般的过程自动化控制向网络化、智能化的自治管理的方向发展。为适应当前国内钣金加工领域迅速发展，促进国内巿场对柔性制造系统的需求，济南铸造锻压机械研究所最新开发研制出C1型钣材柔性制造系统，它具有冲剪复合、快速高效、紧凑完整、技术先进等特点，该设备已在今年第九届中国国际机床展览会上成功展出，并进一步推向巿场。 C1型钣材FMS的组成与特点 C1型钣材柔性制造系统以数控冲剪复合机为主机，配置有自动立体仓库、自动上料装置、数控分选码垛单元及其他辅助装置，由计算机及数控系统对其进行单元及全线控制，实现对钣料的自动加工过程。 该设备具有以下功能及特点： 1、钣料成垛出入库，能在很短时间内补充库存。 2、钣料入库作业不影响全线运行。 3、能自动校正钣料位置。 4、省时省料的钣料一体化冲剪加工。 5、工件分选细致并自动整齐码垛。 6、自动监控完善，保证设备安全。 7、远距离程序传输。 8、操作方式灵活。 9、软件可靠，可自动或人工优化排料。 10、全线结构紧凑精巧，占地面积小。
摘要 近年来，随着FMS系统技术的推广和实施，FMS中的生产计划问题得到理论界和工业界的普遍关注，然而，由于理论研究与工程实际缺乏很好的沟通，无论是所研究的问题还是提出的调度方法都离实用化要求有相当的差距。因此，研究一种有效、适用的算法来解决FMS系统实际生产中的计划问题是一个值得研究的课题。 本论文围绕着有实际应用背景的FMS生产调度问题，研究新的调度方法和技术及它们在实际调度问题中的应用，主要在以下几个方面作了一些研究, FMS系统计划调度模型研究，并对FMS系统计划调度进行层次划分和层次关系的分析，重点论述了FMS作业计划的内容和主要完成的功能。在分析了各种常用作业计划方法的基础上，提出了制定FMS作业计划的启发式传算法，本章描述了解决FMS作业计划调度最短完工时间问题的一种快速有效的启发式算法。该算法基于一种优先指派规则和随机规则，对实例能够得到最优解或近优解。最后为典型企业提出计划调度系统方案设计。 关键词：柔性制造系统FMS 作业计划静态调度动态调度启发式算法
ABSTRACT Recently,with the development and implement of the technology of FMS system,the problem of productive planning and scheduling in FMS system are getting the broad attention in the dotain of theory and industry . But because of the lack of communication between the theory and the pracitce,the questions and methods of scheduling being studied are all unpractical. So,it is worth studying to find effective and applicable algorithms to sovle the problem of productive planning and scheduling in FMS system. The paper studied a new method of scheduling and its application in the practical productive problem.We studied on model of planning and scheduling in FMS.The paper partitioned the arrangement of planning and scheduling in FMS system and analysised the relation of all the arrangement.We also discussed the content and the function of the planning in FMS system. Based on analysing commonly used methods of activity planning，We proposed the heuristic algorithm.In this paper ，heuristic algorithm for solving the minimum makespan problem of job shop scheduling was presented.The algorithm was based on priority dispatching rule and random rule .A lot of instances showed that they could get optial or near optial by the heuristic algorithm. Finally, we proposed scheduling system design for typical enterprises. Key words: Flexible Manufacturing System Activity Planning Static Scheduling Dynamic Scheduling Heuristic Algorithm
收稿日期：2008-08-29 作者简介：庄焕伟（1981-），男，广东潮州人，广东技术师范学院工业中心助教。研究方向：机器人控制、电机运动控制。 广东技术师范学院学报 2008年第12期Journal of Guangdong Polytechnic Normal University No ．12，２００8 基于柔性制造系统的创新实训教学 庄焕伟 （广东技术师范学院工业中心，广东广州510665） 摘 要：本文介绍了广东技术师范学院工业实训中心利用柔性制造系统进行实训教学的模式，探讨了通过创 新实训，充分提高和培养学生的各种实际能力。 关键词：实训教学；综合素质；柔性制造系统中图分类号：G 424.31 文献标识码：A 文章编号：1672-402X （2008）12-0088-03 1引言 随着工业自动化技术的迅猛发展，现代自动生产加工系统中的控制和操作技术越来越复杂，往往综合了机械、气动、液压、传感器技术、PLC 及伺服驱动、数控技术、机器人技术、通信技术、柔性制造及计算机集成制造技术等多门学科；在传统的工程学科教学中，通常各门课程单独讲授，每门课程虽然都有相应的实验，但基本上是原理性的验证，一般都是某一特定知识点的实验，而且使用的设备一般是特定的实验平台，与实际工业生产用的设备有着较大的差异，致使学生很少有机会了解各种技术在实际工程中是如何被综合运用的，也致使学生在学习各门课程后，仍不具备有实际的综合工程应用能力，仍不能达到现代企业生产对人才的要求水平。 广东技术师范学院（以下简称学校）工业实训中心成立于2003年，是学校各系师生的实操训练中心和职业素质训导中心，工业中心按学科区域建设为艺术学部、工业工程学部、专业技术考证学部、信息技术学部、中文经管学部以及教育与外语学部等，已建有58个文理科实训室。学生在完成专业理论课程的学习后，再到工业中心参加专业相关项目的实训，通过实训，不仅能使得学生掌握一些专业领域的先进技术，增强学生对工厂、企业、公司等环境的深入了解，并熟悉对对口专业基本设备的操作、维护和保养，同时有利于使学生把所学的知识与工程实践结合起来，培养学生的综合工程应用能力，首先，满足现代化企业对人才的需求，其次，使学生走 上工作岗位后，能快速适应实际生产工作。 在柔性制造系统的实训教学中，我们进行创新的教学实践的尝试，围绕的中心思想是：充分发挥学生的主观能动性，激发学生的创新能力，以科学的方法转换学生的思维方式，系统地提高他们结合工程实际进行综合分析问题和解决问题的能力，使他们养成科学作风和团队协作精神。在柔性制造系统的实训教学上，通过引导学生自行设计训练方案、自行编写加工程序、自行操作加工、自行检验，在较大程度上改变了老师讲授，学生被动接受的传统教学模式，取得了较好的教学效果。 2教学设备的组成和功能 柔性制造系统FMS （Flexible Manufacturing Sys -tem ）是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统；依各种生产要求的不同，柔性制造系统有各种不同的形式。学校工业中心微型自动生产线实训室的柔性制造系统的组成如图1所示。 图1实训设备系统组成
自动化制造系统柔性制造的研究现状 研究内容： 自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。管理过程包括产品的优化设计；程序的编制及工艺的生成；设备的组织及协调；材料的计划与分配；环境的监控等。工艺过程包括工件的装卸、储存和输送；刀具的装配、调整、输送和更换；工件的切削加工、排屑、清洗和测量；切屑的输送、切削液的净化处理等。 自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造，“刚性”的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。“柔性”是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造线（FML）、柔性装配线（FAL）、计算机集成制造系统（CIMS）等。 激烈的市场竞争促使企业产品的生产向多品种，中、小批量的生产类型过渡，为了应对这种新的竞争环境，柔性制造系统应运而生。在柔性制造系统中，生产调度、物流系统自动化控制以及信息集成是它的三个关键技术，这些技术对于柔性制造系统提高效率，降低成本以及形成更深层次的柔性化和自动化都非常有意义。 柔性制造技术是技术密集型的技术群，我们认为凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为: （1）柔性制造系统(FMS)。美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。 （2）柔性制造单元(FMC)。FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。 （3）柔性制造线(FML)。它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。 （4）柔性制造工厂(FMF)。FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了
第二章自动化制造系统的人机一体化设计与评价 第一节自动化制造系统的人机一体化基本概念 自动化制造系统的实质是现代制造技术、计算机信息技术、自动化技术、电子、通信及人工智能等高新技术有机结合的产物。因此，制造系统的高度自动化曾一度成为人们研究的核心，并期望建立一种全盘自动化的无人工厂。 所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。 该定义的核心内容是强调人在制造系统中的重要作用，人机功能的最优匹配，以实现制造系统经济高效、安全可靠地运行，使整个制作系统取得最佳的社会经济效益。 自动化制造系统的人机一体化总体结构 在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应该在三个层面上实现一体化，即感知和信息交互层面、控制层面（对输入制造系统的加工信息进行识别、判断、推理、决策和维护）和执行层面。 1.感知层面上的人机联合作用 2.控制层面上的人机共同决策 3.执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势 第二节自动化制造系统的人机一体化总体设计 为了更好地设计出人机一体化的自动化制造系统，有必要对人和机器系统
在感知、控制和执行方面的特征进行对比分析。 人机一体化制造系统的目的，就是在总体上、系统级的最高层次上正确解决好人机功能分配、人机关系协调、人机界面匹配三个基本问题，以求得令人满意的人机系统方案，获得安全、舒适、高效的综合效益。 人机系统设计要求 人机系统设计的内容
柔性制造系统F M S
柔性制造系统(FMS) 1．概述 1.1 柔性制造系统的发展 1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。 同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成 Omniline I系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于在少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。 1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1～2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。 70年代末期，柔性制造系统在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的柔性制造系统为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。
1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单 元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。 这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有柔性制造系统的基本特征，但自动化程度不很完善的经济型柔性制造系统FMS，使柔性制造系统FMS的设计思想和技 术成果得到普及应用。 迄今为止，全世界有大量的柔性制造系统投入了应用，仅在日本就有175 套完整的柔性制造系统。国际上以柔性制造系统生产的制成品已经占到全部制成品生产的75%以上，而且比率还在增加。 1.2 柔性制造系统的定义 柔性制造系统（简称FMS）是由数控加工设备、物料储运装置和计算机控 制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。（依据：中华人民共和国国家军用标准－武器装备柔性制造系统术语）美国国家标准局(United States National Bureau of Standards)认为是：“由一个传输系统联系起来的一些设备（通常是具有换刀装置的加工中心）。传输装置把工件放在托盘或其它联接装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动。中央计算机控制机床和传输系统，可同时加工几种不同的工件”。 它的出现标志了机械制造行业进入了一个新的发展阶段，克服了原来机械 生产线只适合于大批量生产的刚性特征，能够适应中小批量、多品种的柔性生
柔性制造系统的关键技术 柔性制造系统(FMS)系指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。 一、规模 按规模大小FMS可分为如下4类： 1.柔性制造单元(FMC) FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年，它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS 向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。 2.柔性制造系统(FMS) 通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
3.柔性制造线(FML) 它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。 4.柔性制造工厂(FMF) FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。 二、柔性制造的关键技术 1.计算机辅助设计 未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形
柔性制造自动化概述复习资料
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
柔性制造自动化概述复习资料 一、填空题: １、柔性制造系统的管理软件有、、、 、等功能。 2、作业规划软件中，、、、是作业计划制订的四个步骤。 3、按柔性制造系统承担的制造任务,可以把柔性制造系统分成、 、。 4、、、、、 是影响柔性制造系统布局的技术因素。 ５、精良生产的特征是、、 、、、。 6、柔性制造自动化系统开放的目的是突出子系统的特点、长期应付市场的急剧变化。 二、简答题: 1、简要指出柔性制造系统的基本组成、主要功能、适用范围。 ２、以机器人为核心设备的柔性装配系统，其控制系统有什么特色？试阐述其主要功能和实现方法。 ３、试说明人机协调的柔性装配系统的特点。 答：（1)由人和机器组成:装配系统有两个不可缺一的两个结构要素，即自动化机械设备和使该设备发挥作用的人；（2）人机互相学习:装配系统运行时,人和机器处于相互学习的状态。机器不断地把自身的运行状态和运行环境的变化告诉人,而人根据各种信息和自己的经验想出一些处理方法，在向机器学习的过程中进一步寻找处理方法,并把这些方法不断地传授给机器。(３)人机协调工作：在通信技术支持下,人机互相学习、共同进步，不断地提高自身的能力，协调一致地完成装配作业。
4、在柔性装配系统中，人与机器有何互补性？ 答:（1）生产效率:作业速度、工作持久性、故障,是影响装配效率的主要因素。机器能够以较高的作业速度持久地运行，但是会发生突发性的故障,从而使装配系统停止工作。与机器人完全不同,人不能保持恒定的工作速度，为了恢复体能需要工间休息,但是一般不会出现突发性的差错。(２)装配质量:能否专注工作，能否分析判断出有哪些因素决定装配的质量,这直接关系到装配的质量。机器能“专心致志”地工作，但是机器只能按照人们给出的模式来分析装配质量。与机器完全不同,人的注意力不能长时间的集中,但是人有能力对突发的质量事故进行综合判断。(３）对新产品的支持：柔性、智力、运算处理能力,直接影响新产品的开发与生产。机器只具备有限的柔性和一定的逻辑推理能力，但是具有高速准确的运算处理能力。与机器完全不同，人具有很高的柔性和卓越的思维预测能力，但是运算处理速度慢，并且容易产生差错。 ５、普通加工中心为什么不能满足柔性制造系统的要求? 答:作为单机使用的普通加工中心是在操作人员的管理下运行的,操作人员不仅要装夹和校正工件、输入数控程序、配备切削刀具，还要密切注视加工过程中的机床运行状态、刀具状态、加工质量状态。普通加工中心要求操作人员进行这类干预，因此，不适应柔性制造自动化系统的需要。 6、试简述车削中心的主要工艺特点。 答：（1)多轴数控加工。普通数控机床只有一个主轴、一个刀架,只有X轴和Z轴两个数控轴，只能完成X轴与Z轴联动的数控加工。对车削中心来说,它最少有X轴、Z轴、Ｃ轴三个数控轴，可以完成X轴、Z轴、C轴三轴联动的数控加工,以及X轴、Z轴、C轴任意两轴联动的数控加工。（2）加工综合化。除具备普通车床的车削功能外，车削中心还有很强的综合加工能力。车削中心的Z轴与Ｃ轴联动,可以铣削螺旋槽;X轴与C轴联动，可以铣削端面凸台；控制C轴,可以加工端面沟槽。此外,车削中心还能加工横孔、侧平面、偏心孔、横偏心孔等特殊表面。（3）加工节奏快。要加快制造节奏,只能使工序集中，尽量减少上下工件的次数。车削中心有很强的综合加工能力,能够以工序高度集中的特长来完成回转体零件的切削加工，因此，它拥有很快的加工节奏。 7、试说明多级分布式控制系统中各级控制系统的主要职能。 答：可以把多级分布式控制系统的层次结构分成四个控制级,即公司级、工厂级、车间级、设备级。公司级职能：位于公司级的中央计算机管理着整个公司的运营状态。在综合数据库的支持下,它收集并处理市场和销售的信息,制定中长期生产计划，收集并积累产品制造数据。工厂级的职能:位于工厂级的主计算机承担着一个工厂的计划管理工作，即(1）根据中央计算机制订的生产计划,制订制造资源计划,管理生产进度和交货日期；（2）向单元计算机下达日作业指令，从单元计算机采集制造进度和完成状态的数据；(3)保存CＡD/CAＭ系统生成的数控程序,或者把数控数据传送给单元计算机;（4）定期向中央计算机传送每日作业进度数据。车间级的职能：（1）接纳并管理制造命令;（2）编制作业调度计划;（3)统计设备的运行业绩;(４)与单元控制器一道监视并控制各设备的运行状态；（５）制造完成后向主计算机传送有关数据。设备级的职能：设备级被称为柔性制造自动化系统的“底层”,在各自控制装置的操纵下,位于底层的设备最终把产品制造计划变成现实的产品。 8、刀具预调采用什么设备?试简述刀具预调的步骤。 答：采用的设备:测量头、测量架、刀架。预调的步骤:（1)把刀具装夹在刀架主轴上;（2)
浅谈柔性制造系统及其在制造业中的应用 袁榕徽 华东理工大学机械学院机设095 10094261 【摘要】柔性制造系统(FMs)系指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。 【关键词】柔性制造系统计算机辅助设计柔性制造系统的应用 1柔性制造系统 1．1规模 按规模大小FMS可分为如下4类： （1)柔性制造单元(FMC)。 FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6-8年。它是由1 2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS 向廉价化及小型化方向发展和一种产物。其特点是实现单机柔性化及自动化。迄今已进入普及应用阶段。 (2)柔性制造系统(FMS)。 通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)。由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来。可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。 (3)柔性制造线(FML)。 它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心 CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床。对物料搬运系统柔性的要求低于FMS 但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。 (4)柔性制造工厂(FMF)。 FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD／CAM。并使计算机集成制造系统(ClMS)投入实际实现生产系统柔性化及自动化。进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平。反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表。其特点是实现工厂柔性化及自动化。 1．2关键技术 (1)计算机辅助设计。 未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化。可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术。该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统将三维数字模型分成若干层二维片状图形。并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料。如此循环操作。逐层扫描成形。并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起。仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于
柔性制造系统简述 1 前言 20世纪60年代以来,随着生活水平的提高,用户对产品的需求向着多样化、新颖化的方向发展,传统的适用于大批量生产的自动线生产方式已不能满足企业的要求,企业必须寻找新的生产技术以适应多品种、中小批量的市场需求。同时,计算机技术的产生和发展,CAD/CAM 、计算机数控、计算机网络等新技术新概念的出现以及自动控制理论、生产管理科学的发展也为新生产技术的产生奠定了技术基础。在这种情况下,柔性制造技术应运而生。柔性制造系统(Flexible Manufacturing System —FMS)的雏形源于美国马尔罗西(MAL —ROSE)公司，该公司在1963 年制造了世界上第1 条加工多种柴油机零件的数控生产线。FMS 的概念是由英国莫林(MOLIN)公司最早正式提出，并在1965 年取得了发明专利。FMS 正式形成后，世界上各工业发达国家争相发展和完善这项新技术，使之在实际应用中取得了明显的经济效益。柔性制造系统作为一种新的制造技术，在零件加工业以及与加工和装配相关的领域都得到了广泛的应用。 2 FMS 的定义和组成 FMS 指在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上, 通过计算机软件科学, 把工厂生产活动中的自动化设备有机地集成起来, 打破设计和制造的界限, 取消图纸、工艺卡片, 使产品设计、生产相互结合而成的, 适用于中、小批量和较多品种生产的高柔性、高效率、高自动化程度的制造系统。下图是典型的FMS 示意图。 从从图中可以看出,FMS 一般由5个功能系统构成： (l)自动加工系统。一般由2台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元(FMC)以及其他的加工设备构成。 (2)自动物流系统。该系统包括运送工件、刀具、冷却润滑液等加工过程中所需“物资”的搬运装置以及装卸工作站。 (3)自动仓库系统。由设置在搬运线始端或末端的自动仓库和设在搬运线内的缓冲站构成,用以存放毛坯、半成品和成品。 (4)自动监视系统。由各种传感器检测和识别整个FMS 及各分系统的运行状态,对系统进行故障诊断和处理,保证系统的正常运行。
《生产运作管理》练习题 第一章生产运作管理概述 三、选择题 1、企业生产系统中最基层的生产单位是（ B）。 A．班组 B.工作地 C.车间 D.工段 2、如果（ C）不符合要求，那么企业可能达到的产出水平将取决于生产系统中生产能力最低的那个环节，其他环节的生产能力则有剩余而得不到充分利用。 A．生产过程的连续性 B．生产过程的平行性 C．生产系统构成的比例性 D．生产系统的柔性 3、现代造船业把船体分成若干段，分别在船体车间内制造，最后把几段制成的船体吊到船台上拼装对焊，这样可以大大缩短每条船的船台生产周期，从而提高造船厂的生产能力。这体现了（ B ）。 A．生产过程的连续性 B．生产过程的平行性 C．生产系统构成的比例性 D．生产系统的柔性 4、按（ D）分类，可以把各种生产过程分为单件小批生产类型、成批生产类型、大量生产类型三种基本生产类型。A．产品的形态 B．产品的使用特征 C．产品的工艺特征 D．生产过程的重复性和稳定性
5、生产管理是关于企业生产系统的 A 、运行与改进工作的总称。 A．计划 B. 组织 C. 控制 D. 设计 6、以下哪个企业不是单件小批生产的典型企业（ C ）。 A.造船厂 B.重型机器制造厂 C.电视机厂 D.大型水轮机制造厂 7、（B ）是以数控机床和加工中心为基本加工设备的生产单位。 A.成组生产单元 B.柔性生产单元 C.大件生产单元 D.标准件生产单元 8、对于单件小批生产类型中结构特殊、工艺复杂、工序多、精度高，加工的技术难度大的主要件、关键件等可以采用哪种生产单元？（ C ） A.大件生产单元 B.柔性制造系统 C.成组生产单元 D.标准件生产单元 9.邮局提供的特快专递服务中，竞争重点放在（ D ） A.成本 B.质量 C.柔性 D. 时间 11.下面哪一类不属于离散型的生产类型（ A ） A.水泥 B.汽车 C.家电 D. 机床 12.饭店某夜的空床位只要过了该夜，就不可以再利用，体现了服务的（ A ）特点 A.无形性 B.生产与消费的不可分割性 C.不可存储性 D.顾客的参与性
柔性制造系统及其应用 随着经济一体化，竞争全球化时代的到来，需求多样化、竞争差异化，传统的制造系统已不能满足市场对多品种小批量产品的需求。迫使传统的大规模生产方式发生改变，批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产系统所替换，这就使制造系统的柔性越来越重要。柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适宜于多品种、中小批 随着经济一体化，竞争全球化时代的到来，需求多样化、竞争差异化，传统的制造系统已不能满足市场对多品种小批量产品的需求。迫使传统的大规模生产方式发生改变，批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产系统所替换，这就使制造系统的柔性越来越重要。柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。当制造对象发生变化时，它通过简单地改变软件、工装、刀具就够制造出所需的零件。 1 柔性制造系统概述 随着经济一体化，竞争全球化时代的到来，需求多样化、竞争差异化，传统的制造系统已不能满足市场对多品种小批量产品的需求。迫使传统的大规模生产方式发生改变，批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产系统所替换，这就使制造系统的柔性越来越重要。柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。当制造对象发生变化时，它通过简单地改变软件、工装、刀具就够制造出所需的零件。 它主要由三部分组成: (1)多台数控加工设备; (2)可以在装夹工位、加工设备、交换工作站之间运送及储存工件的运储系统;