浅谈柔性制造系统FMS的应用

摘 要：近年来，随着市场的变化，个性化需求的上升，使得公司产品不断向多元化发展，多品种小批量已成常态;而目前公司现有设备和制造能力已不能从容应对这种常态，作为制造部门如果还按传统方式来生产，势必会带来设备利用率下降，整体的生产效率受到影响;因此建立柔性制造系统（FMS）可以在短时间内生产出低成本、高质量产品。

关键词：FMS;多品种小批量;效率

一、 基本概念

柔性制造系统（以下简称FMS）是指适用于多品种、中小批量生产的具有高柔性且自动化程度高的制造系统。目前按规模大小分为以下几种。

（一）柔性制造单元（FMC）

FMC是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，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。

（二）柔性制造系统（FMS）

FMS是由若干数控设备、供料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。

（三）柔性制造线（FML）

FML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。

（四）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。

二、 建立FMS的目的

（一）外部市场

在激烈的市场竞争下，生产企业会根据客户的不同要求量体裁衣，因此产品的种类会更加多元化;为赢得竞争对手，会进一步压缩生产周期;随着客户需求不断更新，科学技术水平不断进步，加快了产品的更新换代，使得产品的生命周期也在缩短。

（二）内部生产

频繁换模、频繁调试，设备利用率不高;单件生产会造成产品零件齐套性无法控制，生产周期拉长，缺件数居高不下;频繁更换工装模具会使每批零件的一致性得不到保证，质量稳定难度增大，最终导致成本上升，效率低下。

三、 FMS的优点

（一）设备利用率提高

根据设备加工设置优先级，一旦出现机床停机会优先安排上下料，保证机床连续运转，上下料也是在不停机的状态下完成;零件换模也不再像往常一样需要停机操作，减少了模具的更换和调试的时间。

（二）在制品减少

加工产品的数量和品种可根据生产需要迅速调整，确保生产的产品都是组装线所需，减少在制库存积压。

（三）生产周期短

生产设备可根据所加工产品的需要随时切换，生产设备根据产品结构成组加工，保证产品的齐套性，减少缺件，有效控制生产周期。

（四）质量稳定

多工序可一次装夹同时完成，减少工序间流转和人为因素造成的误差，确保品质的稳定性。

（五）市场应变力强

能够快速应对客户和市场的变化，及时调整生产计划，随时掌握生产节奏。

四、 FMS的组成

组成FMS主要包括数控设备或加工中心、工业机器人、识别控制系统、供料系统、在线检测装置，并通过总控制系统（PLC）和相关控制程序连接起来，实现多品种、多工序的连续加工。

（一）设备

配备三台加工中心，以品字型布局，有效地保证了场地利用最大化，同时根据产品结构需要，加工中心还可以配备旋转四轴或五轴，用于加工更为复杂的翻转类工件，通过这样的组合可以很好地应对产品零件的多元化，也可以根据产品的分类和工艺的要求进行成组配套加工，实现产品的柔性生产。

（二）工业机器人

可在臂展有效范围内为三台加工中心上下料，机器人自带抓手根据零件大小、重量设计一次抓取的数量，为保证抓手的通用性，机器人可以只针对通用工装板进行抓取;抓手气缸设置有双重自锁功能，保证抓取过程当中断气工件也不脱落。

（三）供料系统

供料系统包括旋转链条式供料台（也可以采用滑轨式供料台）、料托、通用工装板，传送伺服电机、定位装置等，供料台能够配备20～40个料托，用于放置通用工装板，在通用工装板上可以连接不同种类零件的工装夹具，用以放置不同类型的零件，实现多品种、多工序的切换加工;上下料可以保证机床不停机的状况下进行，从而提高机床利用率，在刀具满足的情况下，每台机床可以依次加工5～10种不同种类不同工序的工件，料托一次上满可以实现长时间无人看守。

（四）识别控制系统

包括码牌、扫码器和相关控制器;每块工装板上均装有唯一的二维码牌或RFID码牌，确保码牌与加工工件和加工程序一一对应，机器人抓取之前，扫码识别装置会对料托上的工装板进行扫码识别，机器人将工装板连同工件装入机床时，机床里的扫码装置进行二次扫码确认，同时调用机床对应的加工程序进行加工。

（五）在线检测装置

刀具的线检测是最常见的在线检测装置，当刀具出现磨损会及时补偿，当刀具出现严重损坏会发出报警信号，确保零件加工的质量，此装置一般会安装在机床内部换刀处。

（六）总控制系统

系統控制采用PLC进行系统逻辑控制，完成对机床、机器人、上料台架、操作按钮、触摸屏、指示灯和安全门开关等各种外设的通讯控制工作。

（七）控制程序

控制程序主要有总控制程序、工件加工及上下料控制程序、机器人控制程序、防护控制程序、防错控制程序以及设备运行和生产管理控制程序等组成。部分系统还配有自动清洗和吹气装置，并配备自动清洗控制程序。

五、 结语

运用FMS能够根据装配作业计划，及时安排所需零件的生产，保证产品的齐套性，可以在最短的生产周期内产出产品，降低在制品的库存量;多品种多工序连续加工，设备的停概率减少，有效提升设备的利用率;充分利用自动化的优势，实现长时间无人看守，同时也减少了人为因素造成的质量损失，提高零件加工的稳定性。

随着经济的持续发展，FMS作为一个具有柔性、自动化的生产系统，其理念已被广泛地接受和认可，相信在技术不断进步的今天，FMS也一定会不断完善和发展。

参考文献：

[1]沈向东.柔性制造技术[M].北京：机械工业出版社，2013.

作者简介：

王云，南京江南永新光学有限公司。