第4章自动化制造系统
4.2.1 概述
2. CIMS的发展策略
1）美国 1976年，美国空军制订了集成计算机捕助制造计划 ICAM（Integrarated Computer Aided Manufacturing）， 该计划提出了著名的结构化分析设计方法IDEF（ICAM Defination Method），并于1990年在道格拉斯飞机公司建 立了CIMS工程。1986年，美国国家标准技术研究院实施的 自动化制造技术研究基地（AMRF）计划，提出了CIMS的 五层递阶控制结构，至今仍然是CIMS的参考控制结构，获 得广泛应用。
（2）步伐式工件输送系统 步伐式工件输送系统主要有：①弹性棘爪步伐式输送带； ②摆杆步伐式输送带；③抬起步伐式输送带；④托盘步伐式输 送装置；⑤非同步输送带；⑥自动辊道输送装置。 2）物料存储与检索系统 是FMS的一个重要组成部分。工件从毛坯到成品的整个生 产过程中，只有相当小的一部分时间在机床上进行切削加工， 大部分时间消耗于物料的储运过程。对大多数工件来说，可将 自动化储存与检索系统视为库房工具，用以跟踪记录材料和工 件的输入，储存的工件、刀具和夹具，必要时能够随时对它们 进行检索。存储与检索系统主要包括以下装置。
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。 70年代末期，柔性制造系统在技术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，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的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。
第4章自动化制造系统
4.2.1 概述
3.CIMS的定义
计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing， CIM）的概念是1973年由美国学者Joseph Harrington率先 提出的，它包含两个基本观点：
（1）系统的观点 ； （2）信息的观点 。
1998年，我国制定的CIMS的定义为：将信息技术、现 代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命 周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段；通 过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、 价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理），经营 和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的时间（T）、 质量（Q）、成本（C）、服务（S）、环境（E），从而提 高企业的市场应变能力和竟争能力。这实质上已将计算机 集成制造发展到了现代集成制造。
4.1.4 FMS的发展
FMS发展方向集中在以下几个方面： 1）小型化、单元化 20世纪90年代开始, FMS由大型复杂系统，向经济、 可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化——FMC方向 发展。 2）模块化、集成化 以模块化结构（比如将FMC, FMM作为FMS的基本模 块）集成FMS、再以FMS作为制造自动化基本模块集成 CIMS是一种基本趋势。 3）开放式 开放式FMS系统强调5个方面的性能特征：①即插即用； ②可移植性；③可扩展性；④可缩放性；⑤互操作性。
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4.1.2 FMS的组成
链式输送带
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4.1.2 FMS的组成
（1）工件装卸站； （2）托盘缓冲站 ； （3）自动化仓库
如图4－7所示。
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4.1.2 FMS的组成
自动化立体仓库
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4.1.2 FMS的组成
3. 控制与管理系统
第4章自动化制造系统
4.2 计算机集成制造系统
4.2.1 概述
1. CIMS的产生 随着自动化技术、计算机技术和机械制造业的飞速发展，出 现了 “自动化弧岛”。如由加工中心、机器人、物料储运系统 组成的FMS，CAD和CAM通过CAPP集成的CAD/CAM系统 ，以MRP II为核心发展起来的企业信息管理系统等。它们相对 独立、易于控制、具有完整的功能模块、具有便于相互连接的 接口。随着现代制造技术与信息技术的结合，人们提出了 CIMS的现代制造企业模式。CIMS在这些“自动化弧岛”技术 的基础上，从市场分析、产品设计、生产规划、制造、质量保 证、经营管理到产品售后服务等，通过数据驱动形成一个有机 整体，以获得一个高效益、高柔性、智能化的大系统。
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4.1.2 FMS的组成
1. 加工系统
加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自 动地更换工件和工具。
对以加工箱体类零件为主的FMS，配备有数控加工中心（ 有时也有CNC铣床）；对以加工旋转零件为主的FMS，多数 配备有CNC车削中心和CNC车床（有时也有CNC磨床）；对 于加工专用零件的FMS，如齿轮加工FMS，则除了配备CNC 车床外，还配备了CNC齿轮加工机床。在现有的FMS中，加 工箱体类零件的FMS占的比重较大，原因就在于箱体、框架 类零件采用FMS加工时经济效益特别显著。
从生产产品看，现在的FMS已不再局限于汽车、机床、 飞机、坦克、火炮、舰船、拖拉机等产品的制造，还可用 于计算机、半导体、木制产品、服装、食品/饮料以及医药 和化工等产品的生产。
据统计，1994年初，世界各国已投入运行的FMS约有 3000多个。其中日本拥有2100多个，占世界首位。
第4章自动化制造系统
第4章自动化制造系统
2020/11/26
第4章自动化制造系统
第四章 自动化制造系统
4.1 柔性制造系统 4.2 计算机集成制造系统
第4章自动化制造系统
4.1 柔性制造系统
4.1.1 概述
1. 柔性制造系统的概念
柔性制造系统（图4-1）是由统一的信息控制系统、物流 储存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，即Flexible Manufacturing System，英文缩写为FMS。
FMS的控制与管理系统是实现FMS加工过程和物料流 动过程的控制、协调、调度、监测和管理的信息流系统， 是FMS的神经中枢和命脉，也是各子系统之间的联系纽带。 其主要任务是：组织和指挥制造流程，并对制造流程进行 控制和监视，向FMS的加工系统、物流系统（储存系统、 输送系统及操作系统）提供全部控制信息并进行过程监视， 反馈各种在线监测数据，以便修正控制信息，保证系统安 全、可靠地运行。
箱体类零件较多采用环形或直线式轨迹传送系统或自动 输送小车系统（图4-6），而回转体类零件则较多采用机器 人或（加）自动输送小车系统。
第4章自动化制造系统
4.1.2 FMS的组成
第4章自动化制造系统
4.1.2 FMS的组成
日 本 神 钢 自 动 导 向 小 车
第4章自动化制造系统
4.1.2 FMS的组成
第4章自动化制造系统
4.1.1 概述
第4章自动化制造系统
4.1.1 概述
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4.1.1 概述
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4.1.1 概述
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4.1.1 概述
第4章自动化制造系统
4.1.1 概述
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4.1.1 概述
2. 柔性制造系统的发展历程
1967年，英国莫休斯公司首次根据威廉森提出的FMS 概念，研制出了“系统24”。
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4.2.1 概述
2）欧盟 1984年，发起了欧洲信息技术研究发展战略计划 （ESPRIT），在CIMS发展方面制订了专门计划。提出的 CIMS开放体系结构（CIM-OSA），为CIMS建模提供了统 一描述框架和集成基础结构，已被国际标准草案所采纳， 得到广泛应用。
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4.2.1 概述
3）日本 从1980年起，实施包括订货、设计、加工、装配等功能 在内的工厂自动化（FA）计划，建立了多个自动化程度较 高的无人生产车间。日本政府于1988年提出了智能制造计 划（IMS），该计划的目的在于融合日、美、欧各先进工 业国家的技术优势和研究开发方法，致力于面向2l世纪的生 产系统研究，克服影响制造业生存的各种共性问题，使生 产基础技术真正成为人类共同财富和国际公认标准，以推 动世界制造业的发展。
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4.1.2 FMS的组成
2. 物流系统
包含物料输送和物料储存检索两个子系统。 1）物料输送系统
主要有传送带式输送系统等。它由传动装置带动工件 （或随行夹具）向前，在将要到达要求位置时，减速慢行 使工件准确定位。工件（或随行夹具）定位、夹紧完毕后， 传动装置使输送带快速复位。 （1）工件的输送方式 目前，工件送入系统和在夹具上装 夹工件仍需人工操作，系统中设置装卸工位。较重的工件 可用各种起重设备或机器人搬运。 工件输送方式：①直线式输送；②环形输送。
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4.1.2 FMS的组成
一个柔性制造系统（FMS）可概括为由下列三部分组成： 多工位数控加工系统、自动化的物料储运系统和控制与管理 系统（如图4-2所示）。
第4章自动化制造系统
4.1.2 FMS的组成
三个子系统构成了制造系统的能量流（通过制造工艺改变 工件的形状和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和 信息流（制造过程的信息和数据处理），如图4-3所示。
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4.1.3 FMS的分类与应用Байду номын сангаас
1. FMS的分类
按规模大小，FMS可分为如下三类。 1）柔性制造单元（FMC）
FMC（图4-8）由单台带多托盘系统的加工中心或3台 以下的CNC机床组成，具有适应加工多品种产品的灵活性。
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4.1.3 FMS的分类与应用
2）柔性制造系统（FMS） 通常包括3台以上的CNC机床（或加工中心），通过 集中的控制系统及物料系统连接起来，可在在不停机情况 下实现多品种、中小批量的加工管理。 是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。 值得一提的是由于装配自动化技术远远落后于加工自动化 技术，产品最后的装配工序一直是现代化生产的一个瓶颈 问题。研制开发适用于中小批量、多品种生产的高柔性装 配自动化系统，特别是柔性装配单元（FAC）及相关设备 已越来越广泛地引起重视。