计算机集成制造技术（CIMT）
（Computer Integrated Manufacturing Technology）
第三讲 柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统（FMS）
（Flexible Manufacturing System）
FMS定义
FMS是一种在中央计算机控制下由两台以上配有自动刀具交换及自动工件托盘交换装置的数控机床以及自动化物料运送装置组成的、具有生产负荷平衡、生产调度、对制造过程实时控制与监控功能的,可加工多族零件的柔性自动化生产系统。
FMS的组成
通常由四大部分组成：
加工单元；
自动物料运输及管理系统；
计算机控制与管理装置；
辅助工作站。
FMS的加工单元
加工单元是FMS的主体，用以进行零件的机械加工。
加工单元的机床必须具备的条件：
①具有CNC计算机数控装置，并且有能与计算机直接通信的DNC接口装置；
②具有自动工件托盘交换装置(APC)及自动刀具交换装置(ATC)；
③应能完成独立完整的加工工序，能完成所选定零件族加工中尽可能多的工序。
FMS机床配置方式
可代替型配置: 所选定的机床能完成选定零件的全部工序,则FMS系统只需配置足够数量的同型号机床,这些机床之间具有相互可代替的性质。
可互补型配置: 选定零件族的工序需几种机床才能完全覆盖，则所选定的这几种机床之间具有互补性质。
物料运送及管理系统
物料运送及管理系统由两大部分构成：
●工件/夹具运送及管理系统；
●刀具运送及管理系统。
工件/夹具运送管理系统的组成
物料仓库；
夹具系统；
装卸工作站；
缓冲工作站；
物料运送小车。
自动化立体仓库的组成
库房（高架多层货架）；
堆垛起重机；
场内有轨运输车；
场内、场外运输AGV小车；
控制计算机；
状态检测器；
信息输入设备，如条形码扫描器等。
FMS的夹具系统的组成
机床夹具；
托盘（Pallet）；
自动上下料装置(APC、机器人)。
物料运送小车
（1）有轨小车（RGV)
Rail Guided Vehicle
（2）自动导向小车（AGV)
Automatic Guided Vehicle
自动导向小车
刀具管理系统框图
FMS刀具系统组成
刀具；
机床刀库（固定式和可换式）；
中央刀库；
刀具输送装置和刀具交换机构；
刀具破损监测系统；
（声发射法、切削力变化法、电机功耗法、激光检测法）
对刀仪及刀具进出站；
条形码阅读、打印机；
刀具管理计算机。
输送刀具的无轨小车
FMS的递阶控制结构
辅助工作站
根据不同的FMS需要，配置不同的辅助工作站:
清洗工作站；
在线测量工作站；
切屑清除及回收系统；
冷却液供应及回收系统；
监控工作站等。
FMS规划与设计
可行性论证
需求分析
初步设计
详细设计
FMS规划与设计中的几个关键问题
加工对象及生产规模的需求分析
总体设计
技术经济效益核算
FMS需求分析
采用GT技术，选定FMS加工的零件族；
分析各零件族的典型工艺过程，以确定出FMS加工的零件类型、尺寸、生产批量，零件的装夹及工艺流程、工序时间；
确定系统的规模、设备选型及配置。
选定零件族
零件族工艺分析
FMS的适用范围
根据K & T Co. 及Fritz Werner Co.的经验，FMS合理的应用范围是：品种介于6~100之间，批量介于25~2000件之间。
FMS的配置与投资
FMS总体设计
FMS总体设计是指系统结构、技术方案、总体布局等项设计的总称。
加工对象的需求分析；
系统的功能模型及信息模型设计；
机床选型的分析论证；
刀具/工件运输系统的方案设计；
控制系统结构的设计；
网络系统、数据库管理系统的方案设计；
系统的总体布局及厂房平面布置图设计。
FMS系统功能模型与信息模型
FMS系统功能模型 它是描述FMS系统运行过程的全部活动。
FMS系统信息模型 它是描述FMS系统运行过程的信息流程。
IDEF — ICAM Definition
ICAM是美国空军在1981年公布的一个工程项目“一体化计算机辅助制造” （Integrated Computer Aided Manufacturing） 的简称。
IDEF方法的三大组成部分
IDEF0 —用来描述系统 的功能活动及其联系，建立系统的功能模型。
IDEF1 —用来描述系统 的信息及其联系，建立系统的信息模型。
IDEF2 —用来进行系统 的模拟，建立系统的动态模型。
用IDEF0 法设计FMS示例
IDEF0 基本符号
功能或活动的内容是什么，即定义是什么；
功能或活动的输出是什么；
功能或活动为产生所期望的输出需要哪些输入；
执行功能或活动需要受到的约束或控制是什么；
采用什么样的机制来支持相应的功能或活动；
该活动或功能与其它活动有何内在联系。
I、C、O、M码
I — 输入
C — 控制
O — 输出
M — 机制
AMS系统结构
AMS厂房平面布置图
FMS的技术经济效益核算项目
FMS总投资
FMS总经济效益
投资回收率
综合评介结论
FMS总投资
示例的系统目标：
建立新的FMS系统，用以代替现行的由两条传统生产线组成的生产系统，生产箱体零件，年产量为19000件。
采用FMS预计配置及投资如表3-5所示。
FMS的总投资如表3-9所示: USD
FMS的配置与投资
系统成本：USD （从表3-5中扣除C项）
确定FMS总经济效益计算项目
直接劳动工时费
调整工时费
间接劳动费用
生产准备费
场地费
生产维持费
库存费
工装夹具费用
废品损失费用
1、直接劳动工时费计算
现有生产系统的直接劳动需求
2、调整工时费
3、间接劳动费用
4、生产准备费
5、场地费用
6、生产维持费
7、库存费用
8、工装夹具费用
9、废品损失费用
FMS年成本节省总值
投资回收率ROR
(Rate of Recycle)
ROR = P/C
式中
P – 平均年盈利;
C – 第一次投资成本。
本系统: ROR=513900/1640650=%
FMS的总投资
投资回收期
Y = 1/ROR(年)
本系统:
Y = 1/ROR = 1/ = 年
综合评介结论
综合各项分析，本FMS方案是可以接受的。
谢 谢！
