柔性制造系统在工业中的应用

柔性制造系统在工业中的应用

系别机械工程学院

专业机械工程及自动化

班级机械工程学院15级工程硕士

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柔性制造系统在工业中的应用

摘要：随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外己把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。

关键字：柔性制造先进制造组合夹具柔性制造系统的应用

1. 简述

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。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。

柔性可以表述为两个方面。第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;第二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”主要实现单一品种的大批量生产。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。柔性已占有相当重要的位置。

简单地说，柔性制造系统(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：

(1)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。

(2)在制品减少80%左右。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

(6)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。

(7)经济效果显着。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。

3. 柔性制造系统的应用

3.1组合夹具

组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备。它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件按工件的加工要求组装而成的夹具。它可以拆卸、清洗并可重新组装成新的夹具其应用非常普遍尤其适合于多品种、中小批量的生产。由于组合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%可以认为组合夹具就是柔性夹具的代名词。组合夹具在数控机床、焊接、特殊工件加工领域应用广泛，夹具元件多功能模块化:能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加，如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能可以一件单独使用也可以几件组装在一起使用T形基础、方箱能组装成一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具使用这种夹具可以减少机床的停机时间,最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能。

3.2钢铁行业

长期以来，人们习惯于把机械电器设备制造业作为制造业，钢铁冶炼不算

作制造业。近年来，人们认为，凡加工生产商品的都属于制造业。按此定义，21世纪的钢铁工业也必须开发新工艺、新产品和新装备，将钢铁生产过程进一步集成优化，将各个工序逐步改进为用信息技术支撑的全自动的工序单元。只有这样做，才能进一步提高效率，改善质量，降低消耗，降低成本，提高钢铁工业的总体竞争力。目前能基本达到这一水平的工序仅局限于某些轧钢工序，并且与机电制造业相比，在产品质量控制上，还有差距。显而易见，21世纪钢铁工业在与其他材料工业的竞争中要想取得优势，必须在先进制造技术化方面取得突破。钢铁业反应了一个国家的综合国力，经济建设离不开钢铁业的大力发展。而我国的整体制造业与发达国家相比，差距很大，主要表现为自主开发能力和技术创新能力薄弱，核心技术、关键技术仍依赖进口。对此，我国已经引起重视，在科技发展规划中，将先进制造技术列为重点发展领域之一。进入21世纪，经济全球化的进程日益加快，制造业领域的竞争日益加剧，钢铁行业作为制造业中重要的不可或缺的一个部分，同样处于白热化的竞争中，而竞争的核心是先进制造技术。在此环境下，我们只有抓住机遇，利用先进制造技术改造传统产业，实现技术创新、机制创新、管理创新以及人才创新，才能实现我国跻身世界制造业强国的目标。

3.3汽车制造业

国内汽车收与发达国家一样，也是先进制造方式的发源地。上世纪80年代，随着改革开放进程，中国汽车工收开始向发达国家汽车工收系统地学习先进的生产方式和制造方式，其中就包含有柔性制造的内容。上世纪80年代中后期，汽车界的主要生产厂家开始在一些工艺流程和产品制造中，尝试柔性制造，初步积累了经验。上世纪末至今，随着国内汽车企业实力的增加，以及外国公

司的大规模进入和生产装备的改善，柔性制造在汽车工收的发展较快。如主要汽车生产厂家第一汽车集团等在一些生产领域开始进行柔性制造，在焊装车间等使用多种机器人，在生产工序上机械手以及其他自动化设备不断增多，在一定程度上可实现多品种的混线生产；一汽一大众汽车有限公司用具有CNC三坐标模块的组合机床柔性自动线生产轿车变速器和离合器壳体，自动线节拍达到40.5s，年生产能力为36万件，工序能力指数Cp>1.33，可连续4星期无故障生产；再如上海通用汽车公司也拥有柔性化生产线，涵盖了各大总成及整车等制造环节，提高了产品换代速度则。随着汽车工收的发展，汽车零部件加工也在向柔性制造力一向发展洲。FMS带来了加工的高度灵活性，使得保持高生产率的同时还能生产更多种类的零件。加工中心作为汽车零部件生产线的重要组成模块，为满足汽车零部件生产领域可靠、高效的生产提供了保证。其开放式结构和柔性结构技术的模块化，以及加工中心切削速度和精度进一步提高，为汽车零部件工收获得了更好性价比。

3.4工业机器人

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很

重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

4总结

随着科学技术的日新月异，先进制造技术不断得到发展。柔性制造技术、集成制造技术将是现代先进制造技术发展的主流。未来制造过程将变得更智能化，制造企业适应市场的能力更强。柔性制造技术由于其高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛，已成为整个机构制造领域的核心技术，而组合夹具由于其灵活性，己成为现代夹具的主要发展方向，在制造业中发挥着重要作用。

参考文献：

【1】柔性制造技术及其发展-1999-林胜

【2】柔性制造技术的发展现状及其趋势研究-2008-高青

【3】柔性制造系统的优势及其发展-2004 郭聚东，钱惠芬

【4】先进制造技术-2002-颜永年

【5】柔性制造系统(FMS)的发展与展望-2001-杨松祥

【6】陈波．2l世纪机械制造业的发展趋势[J]．工具技术．2001．3

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