陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）
毕业设计（或毕业论文）题目：柔性制造系统中装配单元的设计
系（部）机电工程系
机电一体化技术
学生姓名***
班级学号*****
指导教师***
2012 年 4 月 2 日
毕业设计任务书
机电工程系机电一体化技术专业
学生姓名 *** 学号 *****
一、毕业设计题目：柔性制造系统中装配单元的设计
二、毕业设计时间 2012 年4月2日
三、毕业设计地点：陕西航空职业技术学院
指导教师 *** 2012 年 4 月 2 日
目录
第一章装配单元简介 (1)
1.1装配单元概述 (1)
1.2装配单元的结构组成 (2)
第二章装配单元的设计与选用 (6)
2.1机械手腕部的结构设计 (6)
2.2PLC的选用 (8)
2.2.1可编程序控制器的选型及工作过程 (8)
2.3PLC程序的实现 (11)
2.4可编程序控制器的连接 (13)
2.5可编程序控制器的工作过程 (14)
2.6可编程序控制器的使用步骤 (14)
2.7可编程序控制器的输入输出保护 (15)
第三章装配单元的系统控制设计 (17)
3.0装配单元机械手装置控制系统的设计方案 (17)
3.0.1机械手的运动 (17)
3.0.2机械手的驱动方案设计 (17)
3.0.3 机械手的坐标型式与自由度 (17)
3.0.4 机械手的控制方案设计 (18)
3.0.5 机械手的技术参数列表 (19)
3.1机械手可编程序控制器控制方案 (20)
3.2可编程控制器的抗干扰措施 (23)
3.3PLC应注意的问题及解决方法 (25)
3.3.1工作环境 (25)
3.3.2安装与布线 (25)
3.3.3外部安全 (26)
第四章电、气路的设计与调试 (27)
4.1装配单元的气路设计与连接 (27)
4.2装配单元的电路设计与接线 (29)
4.3装配单元的程序编制与系统调试 (30)
结论 (31)
致谢 (32)
参考资料 (33)
第一章装配单元简介
1.1 装配单元概述
装配单元是将生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料仓库的物料按按生产需要进行分配，并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的过程。装配单元总装实物图如下。
竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料加紧与松开，完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径落入由气动摆台构成的物料位置转换装置，由摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持后位移，并插入以定位的半成品工作中。
1.2 装配单元的结构组成
由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程，而且配有自身的物料仓库，因此它的结构组成包括：简易物料仓库，物料分配机构气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感安装支架等其他附件。
简易物料仓库
简易物料仓库是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在物料分配机构的底座连接孔中，并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆柱的破坏。物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。
为了能对料仓缺料时及时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器，并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。如下图：
简易物料仓库中的物料外型一致，颜色分为黑色和白色。
2.物料分配机构
它的动作过程是由上下安装水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。当供气压力达到规定气压后，打开气路阀门，此时分配机构底部气缸在单电控电磁阀的作用下，恢复到初始状态-----该气缸活塞杆伸出，因重力下落的物料被阻挡，系统上电并正常运行后，当位置变换机构料盘旁的光电传感器检测到位置变换机构需要物料时，物料分配机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出，将与之对应的物料夹紧，使其不能下落，底部气缸活塞杆缩回，物料掉入位置变换机构的料盘中，底部气缸复位伸出，上部的气缸缩回，物料连续下落，为下一次分料做好准备。在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开官，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯点亮，并将检测到的信号传送给控制系统的PLC。物料分配机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器，使控制过程更准确可靠。
3. 物料位置变换机构
该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台驱动料盘旋转180度，并将摆动到位信号通过磁性开关传给PLC，在PLC的控制下，实现有序，往复循环动作。见下图：
4. 机械手
机械手是整个装配单元的核心，变换机构有物料的信号传送至PLC，在半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下，机械手从初始状态执行装配操作过程。整体外型如图所示：
PLC驱动与竖直气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，磁性开关检测到下移到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将加紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开位置变换机构的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。
在整个机械手动作过程中，除了气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及手指组成的机械手按程序自动运行。
5.半成品工件的定位机构
输送单元送来的半成品工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。如图所示。
6.电磁阀组
就是将多个阀集中在一起组成的一组阀，每一个阀的功能是彼此独立的。装配单元的阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如下图所示。这些阀分别对物料分配，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。
第二章装配单元的设计与选用
随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：
1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中
它可以用来组装零部件。
3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
5.宇宙及海
2.1 机械手腕部的结构设计
机器人的手臂运动（包括腰座的回转运动），给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。
1.机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要
求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。
2.机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。
3.机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。
4.机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。
5.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。
6.手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。
通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-1。
水平液压缸支承板
手臂手
爪联结
梁
执行手爪
图2-1手爪联结结构
图2-2 机械手控制图
1．在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测洋的开发。
2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。
3．传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转）上。
4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。
5．按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。
6.机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动
液压装置实现，每个线圈完成一个动作。
7.抓紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。
8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。
9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。放松动作为时间控制（设为2s）。
2.2PLC的选用
2.2.1可编程序控制器的选型及工作过程
一、可编程序控制器的选型
PLC选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下，尽量保证工作可靠、维护使用方便以及最佳的性价比。
1、对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC；
2、PLC一般是根据其输入输出点数及存储器容量的大小分类，在PLC选型之前首先确定系统I/O点数利存储器容量。
3、PLC一般可以通过三种方式进行编程。一种是厂家提供的普通手持式编程器编程，一般只能用于厂家规定的语句表中的语句进行编程；另一种是在普通计算机上运行专用的编程软件来编程，支持的编程语言多编程操作非常方便；第三种是厂家专用图形编程器编程，这类编程器采用梯形图编程，方便直观，我们此次设计就是采用梯形图编程。
装配单元所需的I/O点数较多。其中，输入信号包括来自按钮／指示灯模块的按钮、开关等主令信号，单元各构件的传感器信号灯；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到步进电动机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号。此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮／指示灯模块的指示灯、蜂鸣器等，以显示本单元或系统的工作状态。
由于需要输出驱动步进电动机的高速脉冲，因此PLC应采用晶体管输出型。
基于上述考虑，选用西门子S7-226AC／DC／DC型PLC，共24点输入，16点晶体管输出。PLC安装在模盒中。PLC引出线连接到面板上的安全插孔处。面板上每一输入插孔旁都设有一个钮子开关，该开关的 2根引出线分别连接到PLC输入端的公共参考点和相应的输入点，开关扳倒接通位置时，使该输入点ON，可以用于程序调试。须注意的是，在调试后要把开关扳回OFF位置，以免影响程序正常进行。
除了CPU221外，S7-200的其他CPU型号都可以附加扩展模块，以增加I/O点数、扩展通信能力和一些特殊功能。
S7-200的扩展模块包括：
数字量I/O扩展模块
模拟量I/O模块
通信模块
功能模块
不同类型的模块可以组合搭配，一起做S7-200 CPU的扩展模块。
二、数字量I/O扩展模块
数字量I/O扩展模块有：
EM221：数字量输入扩展模块。包括
8点 x 24VDC
8 x 120/230VAC
16 x 24VDC
EM222：数字量输出扩展模块
4 x 24VDC/5A
4 x 继电器/10A
8 x 24VDC/0.75A
8 x 继电器/2A
8 x 120/230VAC/0.5A
EM223：数字量输入/输出混合模块
4 x 24VDC输入；4 x 24VDC/0.75A输出
4 x 24VDC输入；4 x 继电器/2A输出
8 x 24VDC输入；8 x 24VDC/0.75A输出
8 x 24VDC输入；8 x 继电器/2A输出
16 x 24VDC输入；16 x 24VDC/0.75A输出
16 x 24VDC输入；16 x 继电器/2A输出
不同类型的数字量模块可以同时连接到CPU后面，只要注意各自的电源连接就可以了。
三、模拟量扩展模块
除了CPU224 XP外有两通道输入/1通道输出的简单模拟量I/O组外，其他CPU都需要加模拟量扩展模块才能获得模拟量I/O能力。
EM231：4通道电源/电流模拟量输入
EM231 RTD：2通道热电阻温度输入模块
EM231 TC：4通道热电偶温度输入模块
EM235：4通道电压、电流输入/1通道电压、电流输出模块
四、通信模块
除CPU本体上的通信口可以支持PPI/MPI和自由口通信之外，S7-200系列使用扩展模块支持更多的通信模式。
这些通信模块有：
EM277：PROFIBUS-DP/MPI通信模块。带DB-9插座，可连接到PROFIBUS-DP和MPI 网络上。EM277也可以用于连接西门子的HMI产品
EM241：模拟音频调制解调器（Modem）模块，带RJ11电话插口。支持自动电话拨号等功能
CP243-1：以太网模块，带RJ45接口，可连接到支持TCP/IP标准的以太网中，与西门子的其他CP243模块、CP343/CP443模块，或西门子软件（OPC Server）通信CP243-1 IT：带因特网功能的以太网模块，除CP243-1的功能外，还支持FTP、HTTP、E-mail等IT功能
CP243-2：AS-Interface（执行器－传感器接口）主站模块。AS-Interface从站可以连接到端子上。一个完整的系统还需要AS-Interface电源等设备
五、功能模块
S7-200目前有一种特殊功能模块：
EM253：定位处理模块，支持开环速度和定位控制。一般用于控制步进电机控制器和伺服电机控制器。支持RS422/RS-485差动输出和漏极开路输出。每个模块可以控制一个轴。使用多个模块的情况下也不能进行复杂的插补计算
2.3 PLC程序的实现
S7-200的数据主要分为：
与实际输入/输出信号相关的输入/输出映象区：
I：数字量输入（DI）
Q：数字量输出（DO）
AI：模拟量输入
AQ：模拟量输出
内部数据存储区
V：变量存储区，可以按位、字节、字或双字来存取V 区数据
M：位存储区，可以按位、字节、字或双字来存取M区数据
T：定时器存储区，用于时间累计，分辨率分为1ms、10ms、100ms三种
C：计数器存储区，用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。CPU提供了三种类型的计数器：一种只能增计数；一种只能减计数；另外一种既可以增计数，又可以减计数
图11 S7-200支持的数据格式
2.4可编程序控制器的连接
1、ＰＣ机与ＰＬＣ实现通信的条件
带异步通信适配器的ＰＣ机与ＰＬＣ只有满足如下条件，才能互联通信：
（１）带有异步通信接口的ＰＬＣ才能与带异步通信适配器的ＰＣ机互联。还要求双方采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换之后才能互联。
（２）双方的初始化，使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验都相同。
（３）要对ＰＬＣ的通信协议分析清楚，严格地按照协议的规定及帧格式编写ＰＣ机的通信程序。ＰＬＣ中配有通信机制，一般不需用户编程。
2 、ＰＣ机及与ＦＸ系列ＰＬＣ的串行通讯
2．1 硬件连接
ＰＣ机与ＦＸ系列ＰＬＣ不能直接连接，要经过ＦＸ－２３２ＡＷ单元进行ＲＳ２３２Ｃ／ＲＳ－４２２的变换。
2．2 ＦＸ系列ＰＬＣ的通信协议
在ＰＣ机中必须依据互联的ＰＬＣ的通信协议来编写通信程序，因此先介绍ＦＸ系列ＰＬＣ的通信协议。
（１）数据格式
ＦＸ系列ＰＬＣ采用异步格式，由１位起始位、７位数据位、１位偶校验位及１位停止位组成，波特率为９６００ｂｐｓ，字符为ＡＳＣＩＩ码。
（２）通信命令
ＦＸ系列ＰＬＣ有４个通信命令，它们是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令。
（３）通信控制字符
ＦＸ系列ＰＬＣ采用面向字符的传输规程，用到５个通信控制字符。
（4）传输过程
ＰＣ机与ＦＸ系列ＰＬＣ之间采用应答方式通信，传输出错则组织重发。
2.5可编程序控制器的工作过程
可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用
了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。
第一阶段是初始化处理。
可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。
第二阶段是处理输入信号阶段。
在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。
第三阶段是程序处理阶段。
当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。
第四阶段是输出处理阶段。
CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。
2.6可编程序控制器的使用步骤
在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系
统时，通常以七个步骤进行:
(1)系统设计
即确定被控对象的动作及动作顺序。
(2) I/0分配
即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。
(3)画梯形图
它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。
(4)助记符机器程序
相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。
(5)编制程序
即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。
(6)调试程序
即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。
(7)保存程序
调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。
2.7可编程序控制器的输入输出保护
名词解释: 广义制造：包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一序列相互联系的生产活动。 狭义制造：是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。 先进制造技术(A ＭT)：是指在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理技术的成果,将其综合应用于产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、售后服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 制造系统：是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。 工业机器人:工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机,是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备； 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。 柔性制造系统(F ＭＳ):由若干台数控加工设备、物料运储系统和计算机控制的信息系统组成的，通过改变软件程序适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。 绿色产品(G Ｐ）：绿色产品是指在产品全生命周期内，能节约资源和能源，对生态环境无危害或少危害,且对生产者及使用者具有良好保护性的产品。 高速加工技术:是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的切除率,并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。 制造业：是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。 计算机集成制造（C ＩM):借助于以计算机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来,使企业内的各类功能得到整体优化。 计算机集成制造系统（CIMS):CIMS 是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成，是适合多品种、中小批量生产的系统。 广义制造自动化：产品设计、企业管理、加工过程、质量控制等产品制造全过程及各个环节综合集成自动化。 柔性：指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力。 超精密切削加工：超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削,主要用于加工铜、铝等非铁金属及其合金,以及光学玻璃、大理石和碳素纤维等非金属材料。 简答题： １. 简述柔性、ＦMS 的定义?柔性制造系统（ FMS ）由哪几部分组成?各部分都有什么功能?简述柔性制造系统( F ＭS)的工作过程?柔性制造系统的特点和适用范围是什么? 答：柔性：指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力,也是指制造系统能够适应产品变化的能力。 FM Ｓ: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。 :＿＿ ＿ ＿ ＿＿
柔性制造自动化概述复习资料
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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)
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
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
柔性制造系统 一、基本简介 简称,,,，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。 柔性制造系统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(Flexible Manufacturing Syste m)，英文缩写为FMS。 FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。 [编辑本段] 二、主要功能和技术效果 FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS 的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。
采用FMS的主要技术经济效果是:能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期;提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”;提高产品质量的一致性。 [编辑本段] 三、发展历史 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，FMS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FMS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。
名词解释： 广义制造：包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一序列相互联系的生产活动。 狭义制造：是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。 先进制造技术（AMT ）：是指在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、售后服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 制造系统：是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。 工业机器人：工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备； 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。 柔性制造系统（FMS ）：由若干台数控加工设备、物料运储系统和计算机控制的信息系统组成的，通过改变软件程序适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。 绿色产品（GP ）：绿色产品是指在产品全生命周期内，能节约资源和能源，对生态环境无危害或少危害，且对生产者及使用者具有良好保护性的产品。 高速加工技术：是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。 制造业：是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。 计算机集成制造（CIM ）：借助于以计算机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，使企业内的各类功能得到整体优化。 计算机集成制造系统（CIMS ）：CIMS 是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成，是适合多品种、中小批量生产的系统。 广义制造自动化：产品设计、企业管理、加工过程、质量控制等产品制造全过程及各个环节综合集成自动化。 柔性：指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力。 超精密切削加工：超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削，主要用于加工铜、铝等非铁金属及其合金，以及光学玻璃、大理石和碳素纤维等非金属材料。 简答题： 1. 简述柔性、FMS 的定义？柔性制造系统（ FMS ）由哪几部分组成？各部分都有什么功能？简述柔性制造系统（ FMS ）的工作过程？柔性制造系统的特点和适用范围是什么？ :＿＿ ＿ ＿ ＿＿
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。
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
柔性制造系统的定义 制造是个需求启动的、包括给予信息、改变物性、实现增值的受控造物过程。获取最大的增值一直是制造技术所追求的目标。伴随着物质生活的丰富、市场竞争加剧、客观需求越来越多样化，限制了大量生产方式的发展，迫使制造业不得不朝低成本、高品质、高效率、多品种、中小批量自动化生产方向转变。另一方面，科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高，使制造业的上述转变在技术上成为可能。在需求和技术两者的促使下，出现柔性制造系统，并迅速在制造业中得到了广泛应用。柔性制造系统（Flexible Manufacturing System—FMS）的雏形源于美国马尔罗西（MALROSE）公司，该公司在1963年制造了世界上第一条加工多种柴油机零件的数控生产线。FMS的概念由英国莫林（MOLIM）公司最早正式提出，并在1965年取得了发明专利，1967年推出了名为“Molins System—24”（意为可24小时无人值守自动运行）的柔性制造系统，使FMS正式形成。此后，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。 柔性制造系统的定义是科技名词定义。中文名称为：柔性制造系统；英文名称为：flexible manufacturing system，缩写为FMS。 柔性制造系统在成组技术的基础上，以多台(种)数控机床或数组柔性制造单元为核心，通过自动化物流系统将其联接，统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统，它有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，能适应加工对象变换。 柔性制造系统有以下三种类型：柔性制造单元、柔性制造系统和柔性自动生产线。 柔性制造系统是由一台或若干台数控机床设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的加工单元，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。它是一种能迅速响应市场需求而相应调整生产品种的制造技术。柔性制造系统可以根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件，适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。 柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统，该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。 柔性自动生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线在性能上接近大批量生产用的自动生产线，而柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。 由于FMS是一项工程应用技术，它的内部组成根据使用目的而异，客观上也难有一个统一的模式。直观地看，可以说FMS的基本组成与特征是：1）系统由计算机控制和管理；2）系统采用了NC控制为主的多台加工设备和其他生产设备；3）系统中的加工设备和生产设备通过物料输送装置连接。 FMS有两个主要特点，即柔性和自动化。FMS与传统的单一品种自动生产线，相对而言的，可称之为刚性自动生产线，如由机械式、液压式自动机床或组合机床等构成的自动生产线）的不同之处主要在于它具有柔性。有关专家认为，一个理想的FMS应具备8种柔性：（1）设备柔性指系统中的加工设备具有适应加工对象变化的能力。其衡量指标是当加工对象的类、族、品种变化时，加工设备所需刀、夹、铺具的准备和更换时间；硬、软件的交换与调整时间；加工程序的准备与调校时间等。（2）工艺柔性指系统能以多种方法加工某一族工件的能力。工艺柔性也称加工柔性或混流柔性，其衡量指标是系统不采用成批生产方式
AS1000创新型全自动立体仓库装置 柔性制造系统的发展功能原理介绍 （实验介绍） 班级: 工程080X 成绩： 实验者: 学号: 组别: 同组者: 指导教师: 卢伟宏实验日期：2011.11 天气: 晴气温: 19℃场地: 柔性制造系统实验室 一、实验目的： 1、了解柔性制造系统的功能原理及应用； 2、认识设备介绍准备工作和系统操作注意事项。 二、实验设备： 柔性制造系统设备一套。 三、实验步骤： 1、对照实验设备，讲解柔性制造系统的组成、功能原理； 2、介绍该实验系统； 3、运行该系统。 四、实验记录思考题：（报告） 1、柔性制造系统组成？ 2、运行准备工作？
3、系统运行步骤？
AS1000创新型全自动立体仓库装置 实验一立体仓库检测部分实验报告 班级: 工程 080X 成绩： 实验者: 学号: 组别: 同组者: 指导教师: 卢伟宏实验日期：2011.11 天气: 晴气温: 19℃场地: 柔性制造系统实验室一、实验目的： １、了解传感器的作用、主要特征、种类、原理于与应用。 二、实验设备： 柔性制造系统一套 三、实验步骤： 1、预备知识、介绍传感器原理； 2、介绍该实验单元组成、工作原理； 3、检测单元的运行步骤。 四、实验记录思考题： 1、传感器的定义、分类、特性、原理；
2、检测单元的运行步骤？
AS1000创新型全自动立体仓库装置 实验二立体仓库的上料单元实验报告 班级: 工程080X 成绩： 实验者: 学号: 组别: 同组者: 指导教师: 卢伟宏实验日期：2011.11 天气: 晴气温: 19℃场地: 柔性制造系统实验室一、实验目的： １、了解上料单元的结构组成； ２、掌握上料单元各元件的工作原理； ３、掌握上料单元的工作过程； ４、了解上料单元程序编排和接线等相关知识。 二、实验设备： 柔性制造系统上料单元一套 三、实验步骤： 1、上料单元结构及各元件工作原理； 2、上料单元工作过程； 3、上料单元的运行步骤。 四、实验记录思考题： １、上料单元有哪些元件组成？分别是什么型号？
柔性制造的现状及其发展趋势 随着社会的发展与科技水平的提高，传统的制造技术已经不能满足人们日益增长的生活需求，许多人对产品的样式和功能都有了更高层次追求。在计算机技术、微电子技术、机械制造自动化技术与通信技术日趋成熟的今天，柔性制造技术已经在国内外得到了广泛的认可并有着良好的发展趋势。 1.柔性制造的基本概念 柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。柔性制造一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；另一方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。 柔性可以表述为两个方面，一个方面是指生产能力的柔性反应能力，也就是机器设备的小批量生产能力。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。另一个方面，指的是供应链的敏捷和精准的反应能力。在柔性制造中，供应链系统对单个需求做出生产配送的响应。从传统“以产定销”的“产——供——销——人——财——物”，转变成“以销定产”，生产的指令完全是由消费者独个触发，其价值链展现为“人——财——产——物——销”这种完全定向的具有明确个性特征的活动。在这个过程中不仅对生产的机器提出了重大的挑战，也对传统的供应链提出了革命性的颠覆。 2.柔性制造的特征及优点 柔性制造的特征主要包括：(1) 机器柔性，是指系统的机器设备具有随产品变化而加工不同零件的能力；(2) 工艺柔性，系统能够根据加工对象的变化或原材料的变化而确定相应的工艺流程；(3) 产品柔性，产品更新或完全转向后，系统不仅对老产品的有用特性有继承能力和兼容能力，而且还具有迅速、经济地生产出新产品的能力；(4) 生产能力柔性，当生产量改变时，系统能及时作出反应而经济地运行；(5) 维护柔性，系统能采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行；(6) 扩展柔性，当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大的制造系统。具有这些特征的制造系统必然具有以下优点：（1）设备利用率高。（2）在制品减少80% 左右。（3）生产能力相对别的生产技术来说更为稳定。（4）产品质量高。（5）运行灵活。（6）在生产产品的过程中，机器的应变能力比较强。（7）经济效果显著。柔性制造技术是一种技术复杂、高度自动化的技术，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
摘要 柔性制造系统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(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。它是一种技术复杂、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。 柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。 自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。所以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机
柔性制造系统 摘要：本文旨在介绍柔性制造系统的组成，工作原理，优势以及其面临的困惑，并简单介绍它的发展情况和发展趋势，为以后进一步地学习打下基础。 关键词：柔性制造系统、FMS 引言：随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品的市场寿命日益缩短，更新换代加速，中、小批量生产占有越来越重要的地位。面临这一新的局面，必须大幅度提高制造柔性和生产效率，缩短生产周期，保证产品质量，降低生产成本，以获得更好的效益。柔性制造系统正是这种形势下应运而生的。 一、概述 柔性制造系统（英文全称为Flexible Manufacturing System,简称FMS）是由数控加工设备，物料贮运装置和计算机控制等系统等组成的自动化系统。它包括多个柔性制造单元（FMC），是一种集多种高新技术于一体的现代化制造系统。 二、FMS的一般组成 柔性制造系统是一个很复杂的系统，可概括为下列三部分： 1、加工系统。加工系统的功能是以任意自动化加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具通常由若干台对工件进行加工的数控机床和所使用的刀具构成。 2、物流系统。工件、工具流统称为物流，物流系统，即物料贮运系统，是柔性制造系统中一个重要组成部分。 物流系统一般由下列三部分组成： / 输送系统建立各加工设备之间的自动化联系。它与传统的自动生产线
或流水线不同，FMS的工件输送系统可以不按固定节拍，固定顺序运送 工件，甚至是几种工件混杂在一起输送。 贮存系统具有自动存取机能，用以调节加工节拍的差异，使用的是自 动化存储仓库。 操作系统建立加工系统和贮存系统之间的自动化联系。 3、信息系统。包括过程控制和过程监控个系统。过程控制系统进行加工系统及物流系统的自动控制；过程监控系统进行在状态数据自动采集和处理。 三、FMS的工作原理 FMS工作过程：柔性制造系统接到上一级控制系统的有关生产计划信息和加工信息后，由其信息系统进行数据信息的处理，分配，并按照所给程序对物流系统工程进行控制。 物料库和夹具库根据生产的品种及调度计划信息提供相应品种的毛坏，选出加工所需要的夹具。毛坏的随行夹具由输送系统送出。工业机器人或自动装卸机按照信息系统的指令和工件及夹具的编码信息，自动识别和选择所装卸的工件及夹具，并将其安装在相应机床上。 机床的加工程识别装置根据送来的工件及加工程序编码，选择加工所需的加工程序，并进行检验。全部加工完毕后，由装卸及运输系统送入成品库，同时把加工质量、数量信息送到监视和记录装轩置，随行夹具被送回夹具库。 当需要改变加工产品时，只要改变传输给信息系统的生产计划信息、技术信息和加工程序，整个系统即能迅速、自动地按照新的要求来完成新产品的加工。 中央计算机控制着系统中物料的循环，执行进度安排、调度和传送协调等功能。它不断收集每个工位上的统计数据和其它制造信息，以便让统作出控制决策。
柔性制造系统的应用现状 专业：机械设计制造及其自动化班级：1092班 学号：12 姓名：唐林娜
摘要： 自20世纪五六十年代以来，一些工业发达的国家与地区，在达到了高度工业化水平以后，就开始了从工业社会向信息社会转化的时期。在20世纪70年代末80年代初出现了“柔性制造系统（FMS）。自1967年英国MODLINS公司建成第一条FMS 以来，随着社会对产品多样化、低制造成本及缩短制造周期等需求日益迫切，FMS 的发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通讯技术、机械与控制技术的发展，柔性制造技术日益成熟。随着全球化市场的形成与发展，各类生产企业进行大规模生产变革，具体实践了柔性制造的变革过程。我国目前的制造业对柔性制造的需求趋于逐渐增长的态势，主要源于快速发展的制造业、新产品、新工艺的需要以及大量外资加工业进入的需要，此外，中国劳动力价值的不断提升也驱使企业经营者购买可大量节省劳动力的柔性制造产品，其中以柔性制造单元和柔性制造线的需求居多。为缩小制造业作为现代生产方式的主流方向和共同基础，柔性制造技术支撑企业满足消费者个性化、多样化需求，同时有效地降低生产成本、提高企业经济效益，全面提升制造能力。本文具体以中联重科为例阐析柔性制造系统技术的应用现状。 关键词：柔性制造系统中联重科应用现状 正文： 柔性制造系统(FMS)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、柔性制造系统的组成 典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统
第四章制造自动化技术 主要内容： 1. 概述 2. 数控加工技术 3. 工业机器人技术 4. 柔性制造系统 1
4.4 柔性制造系统(FMS) 4.4.1 概述 1. FMS的产生 CNC、CAD/CAM/CAPP、机器人技术等新技术的 出现，对刚性自动生产线产生了冲击。所谓刚性自动 线，即物流设备和加工工艺是相对固定的，它只能加工 一个零件，或加工几个相类似的零件。如需改变加工产 品的品种，刚性自动线必须做较大的改动，在投资时间 方面的耗资很大，难以满足市场化的需求。但是刚性自 动线的设备利用率高，生产率高。 结合刚性自动线和机电一体化、数控技术的特点，20世纪60年代，英国Molins公司的David Williamson提出了“柔性制造系统”的概念。 2
柔性制造技术(flexible manufacturing technology, FMT)是为了适应多品种、中小批量生产而诞生的一项制造自动化技术。所谓柔性是指制造系统(企业)对系统内部及外部环境的一种适应能力，也就是指制造系统能够适 应产品变化的能力。 FMS是先进制造技术的一部分。据统计，1985年投入运行的FMS有500多套，1988年800套，1990年1000套，目前约有3000多套FMS正在运行。我国1984年开始研制FMS，1986年从日本引进第一套FMS。 3
2. FMS的定义、组成和类型 (I)FMS的定义和组成 “中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义： FMS是数控加工设备、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、中等批量生产。 4
摘要：本文主要阐述了柔性制造系统的基本概念、，并在此基础之上了解柔性制造系统的工艺基础，系统组成和分类进行阐明，探讨了柔性制造技术发展的应用现状与趋势。 关键词：柔性制造系统结构组成类型应用 一．柔性制造系统的定义 FMS至今仍未有统一、明确、公认的定义，不同的国家、企业、学者和用户往往各有各的说法，所强调的关键特征也各有差异。所以，确切地定义FMS要比具体地描述一个FMS困难得多。 美国国家标准局定义FMS为：由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自 动换刀装置的加工中心机床)组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各 加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动 化。柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。 日本国际贸易与工业部定义FMS为：由2台或更多NC机床组成的系统，这些机床 与自动物料管理设备一一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操 作，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。 中国机械部北京机械工业自动化研究所1993年编写的《制造自动化术语汇编》 中，定义FMS为：将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性 化系统。FMS包括：(1)机械加工中心等加工作业机床；(2)加工对象的辅助作业工业机 器人和托盘；(3)加工对象的搬运作业工业机器人/传送带/无人搬运车；(4)存贮工件的 自动仓库；(5)上述作业用的各种自动设备的管理和控制用计算机。 二．柔性制造系统工艺基础 FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验 等。投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。 三.柔性制造系统的组成 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 四.柔性制造系统的分类 （1）柔性制造单元(FMC)