自动化生产线柔性制造系统的设计与优化

柔性制造系统（FMS）

一、概述

1 .进展历史

1967年美国Molins公司制造首条FMS即System-24以及1970年美国K&T公司推出 的飞机和拖拉机零件的多品种，小批量生产的自动线被人们公认为是世界上FMS的起源。FMS 的消失解决了在离散型工业生产中始终试图解决而未能解决的常常变换品种的中小批量生产自 动化的问题。20多年来，FMT及FMS受到世界各国广泛重视，进展快速并日趋成熟。79年月 后期到80年月是FMS在世界上蓬勃进展的时期，1982年美国芝加哥国际机床展览会和日本11 界大阪国际机床展鉴会充分说明白FMS已从试验阶段进入有用阶段并已开头商品化。美国、日 本等工业发达我国都先后推出了一些大型的FMS的进展方案，耗资往往为几千万乃至上亿元, 与此同时，考虑到企业的经济承受力量及投资风险性，也推出不少小型、经济型的FMS。70年 月后期FMS及以后的独立制造的岛、P-FMS的消失，使企业的柔性化找到了一条经济、有用又 可留有进展余地的道路。同时FMS的概念也已向其他生产领域移植,如从机械加工扩展到银金、 冲压、电火花加工、焊接、铸造等领域，从机械加工业扩展到服装。食品等行业等等。

FMS是数控机床或设施自动化的延长，FMS的一般定义可以用以下三方面来概括：FMS是 一个计算机掌握的生产系统；系统采纳半独立的NC机床；这些机床通过物料输送系统连成一 体。其中，数控机床供应了敏捷的加工工艺，物料输送系统将数控机床相互联系起来，计算机 则不断对设施的动作进行监控，同时供应掌握作用并进行工程纪录，计算机还可通过仿真来预 示系统各部件的行为，并供应必要的精确 的量测。FMS的基本组成随侍加工工件及

其他条件而变化，但是系统的扩展必需以模块结构为基础。用于切削加工的FMS主要由四部分 组成：若干台数控机床、物料搬运系统、计算机掌握系统、系统软件。FMS的柔性可以从几方 面评价，如图

柔性制造自动化技术包含FMS的四个基本部分中的自动化技术，及自动化的加工设施、自 动化的刀具系统。自动化物流系统以及自动化掌握欲管理系统，还包括各组成部分之间的有机 结合和协作即物流和信息流集成技术以及人们与系统集成技术。FMT大致包括下列内容：规划 设计自动化、设计管理自动化、作业调度自动化、加工过程自动化、系统监控自动化、离散大 事动态系统（DEDS）的理论与方法、FMS的体系结构、FMS系统管理软甲技术、FMS中的计算 机通信和数据库技术。

发动机活塞柔性制造生产线优化设计　

Ｐｉｓｔｏｎ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　石社轩，任燕，史亚贝　

ＳＨｌ　Ｓｈｅ．ｘｕａｎ，ＲＥＮ　Ｙａｎ，ＳＨＩ　Ｙａ．ｂｅｉ　

（河南工业职业技术学院柔性制造河南省工程实验室，南阳４７３００９）　摘　要；描述了活塞加工柔性生产线的主要功能，根据实验室车间的设备的布置情况，提出柔性生产线　建设的四个可行方案。对方案进行了优化和比较，确定了柔性生产线的总体技术方案　关键词：发动机；活塞；柔性制造生产线；设计　中圈分类号：ＴＰ２７８；ＴＫ４０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１　５）ｏ５（下）一０１　００—０３　Ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．１ｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１　５．ｏ５（下）．２９　

０引言　

工程实验室包括基础化研究、公共创新服务平台和　产业创新服务平台等几部分，柔性制造生产线是工程实验　室基础化研究的重要对象，生产线也可以作为非标准设备　

使用。柔性制造河南省工程实验室根据研究方向和用户需　求，决定研发一条集成数控机床、自动传输装置、电气控　制系统、通讯系统的小型柔性制造生产线，发挥柔性制造　技术研究和工程化基地的作用，促进产业发展。　

１基本条件　

美国国家标准化局对柔性制造定义是：柔性制造　

系统是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。　工程实验室实验室目前的加工设备有ＣＫ６１５０数控　车床、ＧＳｖＭ数控钻铣床、ＸＨ７１３２钻铣加工共中心、　ＤＭＧＤＭＵ５０五轴加工中心、ＣＸＴ３１０车削中心等设备。　设备布置如图１所示。要建成柔性生产线，主要的工作　

是建设自动化物流线，控制系统和信息及软件系统。　

图１设备布置简图　

柔性生产线的物流线由五部分构成，分别是机械部　

自动化生产线柔性制造技术教案

一、引言

1.1自动化生产线的发展历程

1.1.1工业革命时期的起源

1.1.220世纪中叶的自动化革新

1.1.3当代柔性制造技术的崛起

1.1.4未来发展趋势与挑战

1.2柔性制造技术的定义与重要性

1.2.1柔性制造技术的概念

1.2.2柔性制造与传统制造的差异

1.2.3柔性制造在现代工业中的应用

1.2.4柔性制造对生产效率与成本的影响

1.3教学目标与课程结构

1.3.1理解自动化生产线的基本原理

1.3.2掌握柔性制造技术的核心概念

1.3.3分析柔性制造的实际应用案例

1.3.4课程内容安排与预期成果

二、知识点讲解

2.1自动化生产线的基本组成

2.1.1生产线布局与设计

2.1.2机器设备的选择与配置

2.1.3传感器与执行器的应用 2.1.4控制系统的集成与管理

2.2柔性制造技术的关键要素

2.2.1模块化设计理念

2.2.2可编程逻辑控制器（PLC）的应用

2.2.3机器视觉系统的作用

2.2.4与机器学习的融合

2.3柔性制造技术的实施策略

2.3.1生产流程的优化与重组

2.3.2供应链管理的调整

2.3.3人力资源的配置与培训

2.3.4质量控制与维护保养

三、教学内容

3.1自动化生产线的案例分析

3.1.1汽车制造行业的自动化应用

3.1.2电子制造业的柔性生产线

3.1.3食品加工行业的自动化改造

3.1.4案例分析与讨论

3.2柔性制造技术的模拟实验

3.2.1实验室模拟自动化生产线

3.2.2柔性制造系统的搭建与测试

3.2.4实验成果展示与评价

3.3柔性制造技术的未来趋势 3.3.1工业物联网（IIoT）的应用

3.3.2云计算与大数据的集成

3.3.3增材制造（3D打印）的发展

3.3.4未来挑战与机遇

自动化生产线柔性制造技术教案

四、教学目标

4.1知识与技能目标

4.1.1理解自动化生产线的原理和组成

4.1.2掌握柔性制造技术的核心概念和应用

基于PLC的柔性自动化生产线系统研究

随着社会经济的快速发展，人们开始关注与重视柔性自动化的相关研究工作。通过柔性自动化生产线系统的运用与完善能够更好的满足制造业的发展需要。文章首先对柔性自动化的相关理论进行了研究，在此基础上探讨了基于PLC的柔性自动化生产线系统的设计。

标签：PLC；柔性自动化生产线；设计

柔性自动化生产线系统在制造业中有着越来越广泛的应用，具有提高生产效率、降低生产周期、降低生产成本的和重要作用。在柔性自动化生产线中，能够最大限度地提高设备的利用率，从而为产品的生产提供相对稳定的生产能力，同时促进产品质量与应变能力的提高。当前，我国的柔性自动化生产线的相关研究与应用处于初级阶段，与发达国家存在较大的差距。因此，要注重柔性自动化生产线系统的研究与开发，为柔性自动化生产线的应用与推广提供借鉴。

1 PLC工作原理

1.1 上电处理

在PLC系统上电之后，上电处理工作的主要内容包括：第一，将硬件系统设置为默认状态；第二，对I/O模块装置的工作形式进行检查；第三，对系统的其他还原默认值进行处理。这些上电处理工作都属于PLC的内部工作，在PLC出厂时就已经设定好了，与客户的程序控制之间存在的联系不大。因此，PLC上电处理具有较强的稳定性，而且其运转所需的时间也较短。

1.2 PLC扫描

在完成上电处理之后要进行PLC扫描。在PLC扫描过程中，首先要进行输入工作，在输入工作完成之后要正确处理PLC系统与外设通信体统之间的关系，及时实现时钟与寄存器的更新工作。当PLC系统的CPU为RUN模式时，PLC系统会进行反复扫描；当PLC系统的CPU为STOP模式时，PLC系统会进行自我检查。

PLC扫描步骤中又包括三个阶段：首先，输入采样阶段。在PLC扫描的输入采样阶段中，首先应该对连接终端进行扫描，将连接终端的状态在相应的寄存器中进行保存，实现寄存器的更新。寄存器仅在输入采样阶段实现内容更新，该阶段结束之后将处于与外界隔离的状态中，直到进入下一次采样阶段才会重新输入内容。其次，输入程序实施阶段。按照PLC梯形图程序的扫描标准进行“先左后右，先上后下”的扫描活动。如果程序在扫描的过程中出现跳转命令，则要按照跳转命令的内容对程序的跳转位置进行确定。当命令中出现有关输入或者输出的状态时，PLC需要从寄存器中对输入采样阶段所采用的终端连接状况进行读取，通过相关的运输得出结果，并将结果在寄存器中进行寄存。最后，输出更新