柔性制造

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柔性制造范文第1篇

关键词:FMS工作原理发展

中图分类号:TQ153文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-035-01

1FMS基本概念

所谓FMS,即指以数控机床、加工中心及辅助设备为基础,用柔性的自动化运输、存储系统有机结合起来,由计算机对系统软、硬件资源实施集中管理和控制而形成的一个物料流和信息流密切结合,没有固定加工顺序和工作节拍的完整的柔性自动生产线,主要适用与多品种、中小批量的生产任务的高效自动化制造系统。若要实现FMS中的物料流和信息流有机的结合,同时又能均衡系统的自动化程度和高柔性。与传统的制造系统相比,FMS具有如下的优点:它能自动不同品种、不同结构、不同位置、不同切削方式的零件加工;它能自动传输、存储、装卸物料,自动更换刀具、夹具与工件并自动检验;它能自动进行工况诊断,保证加工质量和安全;它能全面处理信息,进行生产、工程信息的分析,编制生产计划、调度与管理程序,实现可变加工和均衡生产。这即是FMS中所拥有的四个方面功能:(一)自动加工功能;(二)自动搬运与输料功能;(三)自动监控与诊断功能;(四)信息处理功能。为了实现上述四大功能,一般来讲,FMS就会由相对应功能的四个具体功能系统所组成,即为:自动加工系统,自动物流系统,自动监控系统与综合软件系统。FMS的适应范围较广,它把高柔性、高自动化、高质量、高效率结合起来,在制造业中的地位十分重要。

2工作过程

首先,根据生产的品种与调度计划信息指令,由其信息系统对数据信息进行处理、分配,并按照所给的程序对物流系统进行控制,料库就会提供相应品种的毛坯零件,输送系统在夹具存储库中送出相应毛坯的随行夹具,此时,自动装卸机(或工业机器人)自动识别和选择所装卸的工件与夹具,并随之安装到相应的机床上。其次,把输送来的工件与加工程序编码,通过机床之加工程序识别装置,选择其相应加工程序、所需刀具与各方面切削参数等,完成对工件的自动加工。

最后,按照信息系统输给的控制信息转换工序,对刚加工完毕的零件进行检验,对合格的成品工件由装卸及运输系统送入成品库。与此同时,把加工质量与数量等信息传输到监控和记录装置,随行夹具也被送回到夹具存储库中。若需加工新品种的零件时,只要改变其生产计划信息、技术信息与加工程序,整个FMS就会按照上述过程按要求、自动地完成新的加工。

3FMS的发展趋势

迄今, FMS已渗透、扩散到制造业的各个领域,并对生产方式产生深远的影响,制造柔性是由企业的长期战略考虑而产生的一种生产与经营决策,故制造柔性便不仅仅是一个技术问题,而且也涉及到企业自身的具体情况和条件。这样将来的FMS会朝着以下的方向去发展:

3.1向小规模的柔性制造单元(FMC)发展

由于FMC的规模小,投资少,技术综合性和复杂性低,规划、设计、论证和运行相对简单,易于实现,风险小,而且易于扩展。因此,采用由FMC到FMS的规划,既可以减少一次投入的资金,使企业易于承受,又可以减小风险,一旦运用成功就可以获得一定的经济效益,为下一步扩展提供资金、积累经验,便于掌握FMS的复杂技术,使FMS的实施更加稳妥。 另外,现在的FMC已经具有FMS所具有的加工、制造、运储、控制、协调功能,还具有监控、通讯、仿真、生产调度管理以至于人工智能等功能,在某一具体类型的加工中可获得更大的柔性,提高生产率,增加产量,改进产品质量。目前国内外众多厂家将FMC列为发展的重点之一。

3.2朝多功能方向发展

真正完善的新一代FMS将是智能化机械与人之间相互融合、柔性地全面协调从接受订单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。

3.3从计算机集成制造系统(CIMS)的高度考虑FMS规划设计

无论从理论上还是实践中都可以清楚意识到FMS是CIMS的重要组成部分,FMS必须集成到CIMS大家庭,只有从整个工厂优化的角度来考虑FMS才能获得预期的效果。

3.4FMS实施会越来越重视组织管理和人的因素

除了现代化的硬、软件外,人在自动化中的作用已经变得很重要,因为人的创造性、主观能动性是任何机器所无法代替的,所以要想成功实施FMS必须通过管理把技术、组织、人和策略集成在一起。

4结束语

FMS已成为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,采用FMS所带来的主要技术经济效果有: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。这必将使FMS会成为未来机械制造的主要生产模式。

参考文献:

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柔性制造范文第2篇

关键词: 柔性制造系统;Petri网;信标;资源;化简

中图分类号:TP27

文献标识码:A文章编号:1672-8513(2010)06-0417-06

Reduction for Petri Net Modeling of Flexible Manufacturing Systems

YUE Hao1，LI Wenjie2, 3

（1. Department of Computer Science and Engineering, Zhangzhou Normal University, Zhangzhou 363000, China; 2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science & Technology, Qingdao 266510, China; 3. Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi′an 710065, China）

Abstract: In a class of Flexible Manufacturing Systems (FMS) Petri nets (PN) models N named S3PR, it is proved that neither the strict minimal siphons (SMSs) nor the elementary siphons would contain the special location resources. Therefore, the net with special location resources must be reduced in order that a smaller net can be derived. The reduction algorithm deletes the special location resources, the related transitions, as well as the arcs concerned. Finally, the net obtained has less place, less transition and a simpler net structure.

Key words: flexible manufacturing system; Petri net; siphon; resource; reduction

柔性制造系统(Flexible Manufacturing Systems，FMS)中的资源竞争会导致死锁，死锁控制问题近年来倍受关注［1-11］.我们可以选用多种形式化方法来解决死锁问题，如Petri网(Petri Net ，PN)、有限自动机、有向图.其中PN方法因为能用一种模块化和系统化的方法来描述FMS操作的不同方面和多种特征而成为最流行、应用最广泛的工具［3-4］.

文献［1］定义了一种Petri网子类S3PR网，通过给这种网系统的每一个严格极小信标(Strict Minimal Siphon，SMS)添加控制库所，而使得网系统是活的.这一工作被认为是第一次运用结构化分析进行基于监督器(Monitor-Based)的活性使能（Liveness Enforcement）Petri网监控器设计［3］.这种方法需要计算网模型的所有SMS，还有一些如文献［2,7-11］中的方法也需要计算SMS集.众所周知，Petri网信标数目相对于网规模来说是指数级的，理论上讲S3PR网中SMS的数目也是网规模大小的指数级［3］.虽然没有形式化的证明，但大家公认SMS的计算是一件代价高昂的工作［12-13］.

文献［2］提出了基本信标的概念，基本信标理论不仅能极大地减少附加控制库所和连接弧的数目，而且能达到同样或更好的控制效果.人们可以先求一个S3PR网的SMS集，然后从中选出基本信标［2］，也可以直接由一个S3PR网求其基本信标，这方面的工作包括文献［14-16］.但是，不管哪一条途径，基本信标的计算也是一项花费很大的工作.

为了缩小FMS PN模型的规模，减少SMS或基本信标求取中的计算量，本文提出了一个消除位置特殊资源［6］的化简算法.与原模型相比，执行该算法所得到的PN模型具有相同的SMS和基本信标，却具有更少的资源库所操作库所，更少的变迁，以及更简单的网结构.

1 基本概念与定义

A,B为2个集合， A表示集合A的基数，即A中元素的个数，A＼B表示在集合A中除去集合B中的元素所得到的集合.若一个列向量中的元素均为0（1），则记该列向量为[STHZ]0(1)[ST]，在不致发生混淆的情况下依然记为0（1）.

定义1 N=(P,T,F)称为一个网，其中P和T为有限、非空且互不相交的集合，P是库所的集合，T是变迁的集合，F(P×T)∪(T×P)称为流关系或连接弧集合.定义x=y∈P∪T/(y,x)∈F为节点x∈P∪T的前集，而x=y∈P∪T/(x,y)∈F为节点x∈P∪T的后集，一个集合的前集（后集）为它的所有元素的前集（后集）的并集.

定义2 设N=(P,T,F)为一个网，N的关联矩阵A:P×TZ是由P和T按照如下规则形成的,即若p∈t\t，A(p,t)=-1，若p∈t\t，A(p,t)=1，否则对于所有的p∈P和t∈T，有A(p,t)=0.P－向量I:P[WTHZ]Z[WTBX]是以P为序标的列向量，T－向量J:T[WTHZ]Z[WTBX]是以T为序标的列向量，其中[WTHZ]Z[WTBX]是整数的集合.

定义3 设N=(P,T,F)为一个网，则P－向量I是P－不变式的充要条件为I≠0且I[WTBZ]T[WTBX]A=0成立.不变式I的支撑为I={p∈P/I(p)≠0}.

定义4 设N=(P,T,F)为一个网，称非空集合SP是一个信标(siphon)，当且仅当SS成立.一个信标是极小的，当且仅当它不包含任何其它信标，若一个极小信标不包含任何P－不变式的支撑，则称它为严格极小信标(SMS).网N的所有SMS组成的集合记为Π.

本文研究对象为一类S3PR网FMS的PN模型，有关S3PR网的相关定义及性质详见文献［1］，S3PR网的一个实例见图1.基本信标的定义及性质详见文献［2］，网N的所有基本信标组成的集合记为ΠE.

如图1所示的S3PR网N的操作库所集为P=p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9，PR=p11,p12,p13,p14,p15，进程空闲库所为P0=p1,p10，资源库所为PR=p11,p12,p13,p14,p15.

2 位置特殊资源定义及其性质

根据文献［6］，本节首先定义了一类FMS Petri网模型S3PR网N中的位置特殊资源，证明了N的任意一个SMS都不包含位置特殊资源和使用这些资源的操作库所.

定义5［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，集合XP∪P0∪PR，则以(P∪P0∪PR)为序标的0,1向量eX的各分量为

eX(p)=1,若p∈X 0,若pX

引理1［1］ 设N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则N的所有极小P－不变量的集合为

ePi∪P0i/i∈{1,2,…,k}∪eH(r)∪{r}/r∈PR

定义6［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，称(P0)中的变迁为第1个操作工序变迁，所有第1个操作工序变迁所组成的集合记为Tb，即Tb=(P0)，对于r∈PR，若rTb，即r后集中的变迁均为第1个操作工序变迁，则称r为N的位置特殊资源，N的所有位置特殊资源库所组成的集合记为PdrR(N).[HJ]

定义7［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，设SR={r0,r1,r2,…,rn}，则定义L(ri)=SP∩H(ri)，i=0,1,2,…,n.若对于p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR，则称S满足RH－条件；如果S不包含N的任何一个P－不变量的支集，则称S满足P－条件.

由定义7和严格极小信标（SMS）的定义知S是N的一个极小信标且S满足P－条件，当且仅当S是N的一个SMS.下面的引理说明若一个信标S满足RH－条件而一个资源库所r0不在S之中，则任何使用r0的操作库所也不在S之中.

引理2［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，S满足RH－条件，r0∈PR，且r0S，则S∩(r0∪H(r0))=.

引理3［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，S满足RH－条件，设SR={r0,r1,r2,…,rn}，则SP=∪ni=0L(ri).

引理4［6］ 设S是S3PR网N的一个信标，则S不包含N的任何一个P－不变量的支集当且仅当S不包含N的任何一个极小P－不

变量的支集.

引理5［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S(≠)是一个不包含N的任何一个P－不变量支集的信标，则S∩PR>1.

这个引理告诉我们，不包含N的任何一个P－不变量支集的信标（即信标满足P－条件）至少包含2个资源库所.下面的引理说明任何一个第1个操作工序变迁，其后集中没有资源库所.

引理6［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则t∈Tb，t(r)=.

引理7［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于S∈Π，都有S∪CS=SR∪(∪r∈SRH(r)).

引理8［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于S∈Π，p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR.

推论1［6］ 设N是一个S3PR网，S是N的任意一个SMS，则S满足RH－条件.

上面的推论告诉我们，N的任何一个SMS都满足RH－条件，下面的引理说明位置特殊资源库所不在任何一个SMS中.

引理9［6］ 设N是一个S3PR网，若r0是N的任意一个位置特殊资源，则对N的任意一个SMS，S∈Π，都有r0S.

下面的推论告诉我们，N的任何一个SMS都不包含使用位置特殊资源的操作库所.

推论2［6］ 设N是一个S3PR网，若r0是N的任意一个位置特殊资源，S是N的任意一个SMS，即S∈Π，则H(r0)∩S=.

3 除去位置特殊资源及相关网元素

本节首先给出一个化简函数Reduction(N,r0)，用来删除N中的一个位置特殊资源r0，使用这个资源的操作库所，以及相关的变迁和连接弧.随后，文中又证明了化简得到的网N′同原网N具有相同的SMS和基本信标.

定义8［1］ 设N=(P,T,F)是一个网，XP∪T，则记NX=(PX,TX,FX)为N的由X生成的网，其中PX=P∩X，TX=T∩X，FX=F∩(X×X).

函数1 N′=Reduction(N,r0)

输入 带有位置特殊资源r0的FMS Petri网模型N，N是一个S3PR网，N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F).

输出 消去r0之后的S3PR网N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′).

Tb(r0)r0，H(r0)=(Tb(r0))，Tc(r0)=r0； // Tb(r0)是要被删去的变迁集合，这时其中的任何一个变迁t都是第1个操作工序变迁，由引理6知t(r)=，因此使用r0的操作库所集为H(r0)=r0∩P=（Tb(r0)）∩P=（Tb(r0)），Tc(r0)是新产生的N′中的第1个操作工序变迁集合；

for(Tc(r0)中的每一个变迁t) do //对于t∈Tc(r0)；if(t∩P0≠) then //若t后集中有进程空闲库所，则t应当被删去；

Tc(r0)=Tc(r0)＼{t};

Tb(r0)=Tb(r0)∪{t};

end if

X=P0∪(P＼ H(r0))∪(PR＼ {r0})∪(T＼Tb(r0));//在N中删去资源库所r0,以及H(r0)和相关变迁；N=NX=(PX,TX,FX);

for (i=1 to k) do //对于组成N的每一个S2PR Ni;

在N中加上弧集P0i×(Tc(r0)∩Ti);

return N.

例如图1的S3PR网N，由定义6，Tb=t1,t8，由于(p11)=t1Tb，因此p11是N的一个位置特殊资源，调用函数Reduction(N,p11)，Tb(p11)=t1，Tc(p11)=t2,t6，H(p11)=p7，由于t2∩P0=t6∩P0=，所以函数Reduction(N,p11)中的第1个for循环不执行:

X=P0∪(P\p7)∪(PR\p11)∪(T\t1).

由X得出NX后再加上弧(p1,t2),(p1,t6)，最后的得到N′，如图2所示.

函数1对S3PR网N处理后得到N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)，N′也是一个S3PR网，N与N′的关系如下：N′中的资源库所比N少了一个r0，即P′R=PR－{r0}，对于r∈PdrR(N)＼ {r0}，r∈PdrR(N′)；空闲库所集不变，都是P0，操作库所少了H(r0)，即P′=P＼H(r0)，变迁集中少了Tb(r0)，即T′=T＼Tb(r0)，相关的每一个加工路径上少了一个操作库所p∈Pi∩H(r0)，对于资源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的.

定义9 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网， N′是由N经过函数1化简后得到的S3PR网，设化简过程中除去的位置特殊资源库所为r0，r0∈PdrR(N)，则N的不包含PdrR(N)中库所的且满足RH－条件和P－条件的信标组成的集合记为Π1，Π1中所有极小元素组成的集合记为Π2；N′不包含PdrR(N)中库所的且满足RH－条件和P－条件的信标组成的集合记为Π3，Π3中所有极小元素组成的集合记为Π4，N′的所有SMS组成的集合记为Π′，N′的所有基本信标组成的集合记为Π′E.

定理1 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网:

N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)

=(P0∪(P＼H(r0))∪(PR＼r0),T′,F′).

Π1，Π3如前文定义，则有Π1=Π3.

证明

1)首先证明Π1Π3.

①本节证明对于S∈Π1，S在N′中也是一个信标.由S∩PdrR=，r0∈PdrR知r0SR，由S满足RH－条件结合引理3知SP=∪ni=1L(ri)，S具有S=Sr∪(∪ni=1L(ri))的形式，其中Sr={r1,r2,…,rn}，r0Sr.由S是N的一个信标知在N中，对p∈S，t∈p，p1∈S，使得.对于p∈S，分2种情况讨论.

情况1：若p∈Sr，由于r0Sr，所以p≠r0，N中的变迁集[KG-*3]p，库所集[KG-*3]p，以及弧集F∩((p×{p})∪(p×p))在N′中都保留下来，所以在N′中也有p∈Sr，t∈p，p1∈S，使得t∈p1.

情况2：若p∈∪ni=1L(ri)，即存在j∈{1,2,…,n}，使得p∈L(rj)H(rj)，在N中，t∈p，rj=(r)t，由r0≠rj知变迁集p，库所集(r)(p)，以及弧集F∩((p×{p})∪((r)(p)×p))在N′中都保留下来，所以在N′中也有p∈∪ni=1L(ri)，t∈p， r∈SrS，使得r=(r)t，t∈r.

由情况1及情况2知，Π′=在N′中也是一个信标.

②本节证明S在N′中满足RH－条件和P－条件.由函数1知N′也是一个S3PR网，并且资源库所集为P′R=PR＼{r0}，对于资源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的，S在N中满足RH－条件知S∩P0=，S在N中满足RH－条件且r0S，由引理2知S∩(r0∪H(r0))=，结合S∩P0=知SP′R∪(∪r∈P′RH(r))，又N′与N的进程空闲库所集均为P0，所以由S在N中满足RH－条件知S在N′中也满足RH－条件；由引理1知网N的极小P－不变量的集合为:

由S在N中满足P－条件知信标S不包含INVP(N)中任何一个元素的支集，结合S∩P0=和INVP(N)与INVP(N′)之间的关系，知S不包含INVP(N′)中任何一个元素的支集，由引理4知S在N′中满足P－条件.

对于S∈Π1，S∩PdrR(N)=并且由①知S在N′中也是一个信标，由②知S在N′中也满足P－条件和RH－条件，因此S∈Π3.有Π1Π3成立.

2)类似可证Π3Π1.

由1)，2)知Π3＝Π1.

推论3 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网，则有Π2=Π4.

证明 由定理1知Π1=Π3，由于Π2和Π4分别是Π1，Π3中的极小元素组成的集合，因此有Π2=Π4.

定理2 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于N来说，Π=Π2.

证明 1）首先证明Π2Π.对于S∈Π2，假设SΠ，则由于S满足P－条件而SΠ,所以S不是N的极小信标，从S出发可以找到一个极小信标S′，S′S，由S′S知S′满足P－条件，所以S′是N的一个SMS，由推论1知S′满足RH－条件，由引理9知S′∩PdrR(N)=，所以S′∈Π1.由S′S且S′∈Π1知，S不是Π1中的极小元素，即SΠ2，矛盾.故若S∈Π2，则S∈Π.

2）其次证明ΠΠ2.对于S∈Π，则S满足P－条件，S∈Π结合推论1知S也满足RH－条件，又由引理9知对于任意一个位置特殊资源r0，都有r0S,所以S∈Π1，假设S不是Π1中的极小元素，则存在S′∈Π1，S′S，S′是N的一个信标，这同S是N的一个极小信标矛盾，因此S∈Π2.ΠΠ2成立.

定理3 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于N′来说，Π′=Π4.

证明 同定理2的证明类似.

定理4 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网，则有Π=Π′.

证明 由定理2知Π=Π2，由定理3知Π′=Π4，而由推论3知Π2=Π4，因此有Π=Π′.

推论4 N与N′定义如定理4，则ΠE=Π′E.

证明 由网基本信标的定义结合定理4易知.

4 结语

解决柔性制造系统中的死锁控制问题，需要处理系统的Petri网模型.由于处理算法的时间复杂度大部分都是非多项式（例如，是指数级的），因此，网模型规模大小往往会对计算量和处理时间产生重大影响.

本文考查包含一类位置特殊资源的S3PR网柔性制造系统Petri网模型，提出了一个化简算法,删去一个位置特殊资源，以及相关操作库所、变迁和弧删去,最终得到的网系同原网系统拥有相同的严格极小信标和基本信标.同时，与原网系统相比，最终得到的网系统具有更少的库所、变迁和较简单的网结构.

当然，如文献［11］的作者邢科义教授指出，文中算法能在多大程度上简化系统，这需要有一个定量的描述或结论（对有些系统简化好像很有限）.另外，对本文中算法的时间复杂度的分析，笔者将另文讨论.

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柔性制造范文第3篇

[关键词]汽车总装生产线 柔性化 总装工艺流程 意义

中图分类号：U468.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0378-01

1、柔性生产制造的特点

根据机械制造科学的标准分类，按照生产系统内自动化水平的高低，制造可以分为柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造线（FML）和柔性制造工厂（FMF）。柔性制造最大的特点在于制造上的柔性，在汽车生产中其表现如下：（1）设备运用柔性化：设备能完成多种加工，利于实现批量生产、降低库存费用、提高设备利用率和缩短加工周期。

（2）物料运送柔性化：物料运送设备能运送多种物料，具有较高的可获得性和利用率。

（3）操作柔性化：具有相同加工工艺的工件能以多种方式进行加工，在机器出现故障时易于实现动态调度。

（4）人力资源配饭柔性化：操作人员掌握多种技能，能在不同岗位上工作。

（5）加工路径柔性化：工件加工能通过制造系统的多种路径完成，便于平衡机床负荷，增强系统在机床故障、刀具磨损等情况下运行的稳定性和可靠性。

（6）加工过程柔性化：加工过程能同时生产多种产品，具有混合比柔性，通过提供多样化的产品来提高客户满意水平。

（7）产品类型柔性化：在产品中能随时增加、去除或更换某些零部件，以提高对市场产品需求的响应能力。

（8）生产批量柔性化：在多种生产批量下，制造系统能获得相应利润，保持其在各种需求水平下的获利性。

（9）系统扩展柔性化：制造系统具有开放性，能扩展其生产能力，以适应企业拓展新市场的要求。

（10）生产种类柔性化：无需增加重要制造设施，制造系统能制造多种产品，完成多样化的生产任务。

（11）市场需求柔性化：制造系统能在多变的市场环境下求得生存与发展，具有较强的适应动态变化的市场需求的综合能力。

2、汽车业柔性制造的发展及其作用

2.1汽车业柔性制造的发展

美国、日本、前苏联、德国等发达国家在20世纪60年代末至70年代初，先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。1976年，日本法纳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，为发展柔性制造提供了设备基础。20世纪80年代，随着柔性制造技术的成熟，柔性制造得到了迅速发展，并主要应用机、汽车制造业等。依靠计算机、加工中心和数控机床组成的柔性自动加工系统，使汽车业由单一品种、大批量的生产方式，转向多品种、中小批量、适应市场需求的精益生产方式，也使汽车生产企业的经济效益和管理水平大大提高。

2.2汽车业柔性制造的作用

在国外汽车工业中，主要汽车生产厂商如通用、福特、宝马、奔驰、丰田、大众、雷诺、沃尔沃等公司都采用了柔性制造系统。随着各类先进加工技术的相继问世，柔性制造技术本身也在不断完善和提高。如瑞士的一家工业公司采用了由激光加工中心及CNC自动车床和自动磨床组成的柔性制造单元，该单元由于改用激光加工中心来代替原来的铣床，生产率提高了很多倍，而且产品精度高、质量好。以数控加工为例，为向柔性制造提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还应具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，特别是依据用户的不同要求，方便灵活地配置和集成。各种相关技术的不断进步，促使柔性制造规模不断扩大，将对汽车生产产生深刻影响。

3 汽车总装生产线柔性化需注意的几点问题

3.1 生产线的柔性化要求生产过程更为人性化

如果说10年生产一个产品的车，那么它是简单的机械重复。但对于柔性化生产线来说，无论是物料管理还是员工管理都要复杂许多。在柔性总装线上，这需要由同一个工位的工人来完成。按常理，来什么车型的车，工人就从线旁的料架上取不同的部件，这就需要安放三个不同的料架，但是由于是大宗零件，在物流配送中即可根据不同车型过来的顺序，对部件的配送进行排序，在适当的时间送来适当的部件，这不仅节省了线旁存料的空间，而且也能够使工人不需要花时间进行辨别，明显可以提高工作效率。

3.2生产线的柔性化要培养柔性的人

在生产线柔性化的过程中，管理人员应有在不同岗位工作的经历，这种轮岗形式可称之为角色换位，这是提供给管理人员成为一个全才的机会。如果一个管理人员只是一个部门很出色，但并不知道别的部门怎么运作的，能过轮岗，就会使其知道上游和下游在怎么做，眼界就会更为开阔，考虑问题的出发点就会是全局化的，不会有扯皮现象的产生。这可概括为：柔性化生产线要求人也要有柔性，以适应这种生产布局，适应它的节奏，驾御它，同时要改进它，不能线很柔，人却很刚。至于产品质量的直接缔造者――工人，他们要达到汽车总装生产线生产标准必须经过严格的培训。为适应柔性化生产，制造部门的工人应至少必须掌握三个以上工位的工作内容，并加大培训力度，培训员工的各种能力。

4 结语

柔性化生产是近些年来大多数产品密集型制造企业所极力推行的一种生产形态。其在大多数制造性行业都有不同程度的体现，其中汽车行业尤为突出。汽车行业是柔性化生产概念体现得最为彻底的一个行业。尽管目前国内大多数主流汽车厂家都宣称自己所拥有的生产线是如何先进，在同一个生产平台可以同时生产多少种不同类型的车型，生产线上可同时组装不同颜色不同款式的车辆，这些无不都是在宣称企业生产线的柔性化程度之高，在一定程度上向消费者传达了一个积极的信息，并从制造和管理水平方面推广自己企业。

柔性制造范文第4篇

[摘要]本文根据柔性制造系统的产生,对柔性制造系统的组成、分类、优势及发展方向等做了详细阐述。

[关键词]柔性制造系统(FMS)组成优势发展方向

70年代末80年代初,随着计算机辅助管理、物料自动搬运、刀具管理和计算机网络、数据库的发展以及CAD/CAM技术、成组技术(GT)、工业机器人等技术的成熟,更加系统化、规模化的柔性制造系统(FMS)就出现了。

所谓FMS,是一组数控机床和其他自动化的工艺设备,由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(FlexibleManufacturingSystem)。下面就柔性制造系统的组成、分类、优势及发展趋势进行阐述。

一、柔性制造系统(FMS)的组成

1.加工系统

柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。

2.物料系统

物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。

3.计算机控制系统

计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。

4.系统软件

系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。

二、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元(FMC)

FMC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。FMC的柔性最高。

2.柔性制造线(FML)

柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。

3.柔性制造系统(FMS)

FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。

三、柔性制造系统的优势

1.设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度,一旦有机床空闲,计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下,采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3倍。

2.减少生产周期。由于零件集中在加工中心上加工,减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。

3.具有维持生产的能力。当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时,计算机可以绕过出现故障的机床,使生产得以继续。

4.生产具有柔性。可以响应生产变化的需求,当市场需求或设计发生变化时,在FMS的设计能力内,不需要系统硬件结构的变化,系统具有制造不同产品的柔性。并且,对于临时需要的备用零件可以随时混合生产,而不影响FMS的正常生产。

5.产品质量高。FMS减少了卡具和机床的数量,并且卡具与机床匹配得当,从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题,并采取相应的有效措施,保证了产品的质量。

6.加工成本低。FMS的生产批量在相当大的范围内变化,其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外,其他各项指标均优于常规的生产方案。

四、FMS发展方向

1.FMS仍将迅速发展

FMS在20世纪80年代末就已进入了实用阶段,技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益,因此随着国际竞争的加剧,无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。

从机械制造行业来看,现在FMS不仅能完成机械加工,而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看,现在FMS已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船等,还可用于计算机、半导体、木制产品、化工等产品生产。从生产批量来看,FMS已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。

随着计算机集成制造技术和系统(CIMS)日渐成为制造业的热点,很多专家学者纷纷预言CIMS是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS的重要组成部分,必然会随着CIMS的发展而发展。

2.FMS系统性能不断提高

构成FMS的各项技术,如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展,毫无疑问会大大提高FMS系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术,并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心,高效万能车削中心等用于FMS系统,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系统性能。AVG小车以及自动存储、提取系统的发展和应用,为FMS提供了更加可靠的物流运储方法,同时也能缩短生产周期,提高生产率。刀具管理技术的迅速发展,为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率,降低刀具费用,消除人为错误,提高产品质量,延长无人操作时间。

柔性制造范文第5篇

关键词：PLC控制技术；柔性制造；研究；功能

在计算机网络和新的控制技术不断发展的基础上，柔性制造技术逐渐的兴起。由于制造企业的不断发展，为了满足种类多、数量多的要求，所以柔性制造被广泛的应用在制造行业当中。柔性制造技术是随着制造的环境和任务的变化来调整生产方式，所以它是集自动化和柔性化的特点于一身，在企业中利用柔性制造不仅能够保证生产质量，而且还能够最大程度上提高生产效率，给企业带来更多的经济效益。通过对柔性制造系统的研究，结合PLC控制技术，能够对制造系统的设计和制造提出一些新的建议。

一、PLC控制技术特点

PLC具有典型的计算机机构，在工业控制上属于专用的计算机，是取代继电器控制的系统的一种数字化电子系统。具有以下几个显著的特点：

1.可靠性高、抗干扰能力强

PLC的主机中，输入与输出电源之间是没有联系的，采用的是光电隔离的方式，所以在运作上是很独立的；在这个系统中是运用循环扫描的工作方式，同时在CPU的保障上采取了对内部电路的检测，所以不会出现任何问题；在电气器件的选择上都有严格的把关，生产工艺流程规范化，同时各模块都有屏蔽措施，防止辐射对元件造成的损害，使电子器件的质量提升，所以PLC控制技术显得更加的稳定，如果器件在运行中出现了问题，该系统就会在PLC技术下自动报警，然后通过软件可以进行故障的诊断，提升了PLC在工作中的可靠性以及安全性。

2.I/O模块丰富

PLC对于不同的工作环境会有不同的I/O模块以及相应的设备，在这种系统中安装了人―机对话的接口模块，可以提高操作性能，使操作更为的简单便捷；在工业局部网络中为了使通讯更为的畅通设置了网络的接口模块，这些不同类别的I/O模块，为PLC的应用提供了很大的方便。在输入接口要注意隔离的防护，为了避免输入端的电磁干扰或者辐射干扰等现象的发生，一般采用的是光电耦合器作为电流的输入端。在解决触电振动的问题一般采用RC滤波器可以有效的防止这种误动作的产生。在PLC输出接口包括继电器输出、晶体管输以及晶闸管输出三种模式。在每一种线路上都采取了相应的隔离措施，保证系统的正常运行。

3.体积小、能耗低、安装方便

在连接设备的时候，由于PLC模块体积很小，而且又很轻，所以特别容易安装，在连接器件的时候操作方便，是机电一体化中的重要控制组成。在PLC的控制系统建立上所消耗的时间并不是很长，而且在PLC的操作界面上能够简单明了指示给用户，给使用者的操作上带来很大的便捷。同时在PLC系统中每个模块都安装了故障检测系统，通过监视器可以准确的判断故障的位置，如果在PLC上的模块中存在问题的时候，可以利用其他的模块代替发生障碍的模块继续工作，能够使系统快速的恢复正常，不影响系统的整体运行。

4.程序编制简单

PLC的接线方式为梯形图语言，这种方式与继电器原理相类似。比较突出的特点就是使用者可以直观的看出程序的内容，就算对于不是专业的编程人员也能够轻而易举的掌握。这种技术在工厂企业中，可以简化操作过程，对程序中可以随时的进行修改。在PLC技术中具有很高的灵活请、开放性以及经济性，在使用中能够简化系统的构造，能够把控制、人―机等各种应用联系在一起，共同有一个服务平台来操控，操作简单，易学易用。但是在运行中还是会存在一定的问题，比如最主要的就是在PC操作系统上才能够实现PLC技术，有一定的局限性，实时性不强。所以需要改变运行环境或者执行算法等方式进行解决。

5.设备完善且功能性强

在PLC的规模研制中开发出不同系列的产品，在不同的领域有着广泛的应用价值。在电子模块化的基础上，使用PLC组成各种控制系统就非常的容易，而且PLC对外界的因素的敏感度不是很高，所以具有较好的适应性。在各种干扰、辐射甚至瞬间断电的情况下都能够继续的工作，所以能够适用于条件非常差的工作环境。在PLC的功能实现上包括逻辑运算、计时、顺序等，其中还包括对数字和模拟量的输入和输出，还能够实现自检、纪录等功能。这种强有力的设备可以再一条生产线上实现一台生产机械，同时操控这个生产过程。

二、柔性制造系统的机械系统设计及功能

1.柔性制造系统功能及特点

柔性制造属于复杂的智能化系统，结合了计算机和微电子学等技术，在这种技术的应用下解决了自动化与柔性化之间的矛盾，在实际使用中能够提高生产率，使企业的运行效率不断提升。通过模拟仿真技术，用两台数控加工中心组成加工生产线，能够模拟生产中的磨削、钻孔以及输送等工序，在这个模拟柔性制造系统上能够实现对工件的连续加工，将工件放在传送带上系统就会不停的运转。通过柔性制造能够提高设备的利用率，更多更快的生产出所需产品，而且生产能力相对稳定，主要是因为加工系统是由一台或者以上的机床组成，在系统不能正常运转时，可以通过降级运转来是生产系统达到运行稳定的效果，在物料传送系统上如果发现障碍也会绕道而行，很大程度上提高了系统的稳定性。

主要具备以下几种特点：①提高了产品质量。在利用柔性制造系统进行零件加工时，装卸都是同步完成，不仅提高了系统的运行效率，而且还能提高零件加工的精度。②运行灵活、自由。对于柔性制造系统的检验、维护等都可以在第一班就能够完成，其余的都不需要工作人员的操作就能够实现系统的正常运行，在比较先进的柔性制造系统中利用其具有的监控功能，对刀具的磨损以及零件的运输出现的问题都能够及时的处理。③产品应变力大。在系统的运行中能够对刀具、夹具等零件进行调整，使系统的运行更加的平稳，能够满足市场的需求。

2.柔性制造系统的机械系统设计

根据柔性制造的特点以及系统的功能，将双台工作柔性制造系统可以大致分为两个部分：一部分是运输带，主要负责在各工作台之间的运转；一部分是制造单元，主要负责磨削和钻孔。整个机械组成部分包括齿轮、减速箱等，直流电机是机械系统的动力源，在系统中主要的部件包括为：四条运输带、八个直流电动机和五个传感器，这就是机械系统的主要设计。

三、柔性制造系统的控制系统设计

控制系统是柔性制造系统的核心部分，主要负责对系统的运行能力进行调控。计算机可编程控制器（以下简称PLC），能够实现对开关量逻辑的控制、过程控制以及闭环控制，同时通过计算机分析系统能够对数据进行处理，可以组成具有通信功能的数据网络，所以在计算机控制区域中属于高性能的控制器，在各大工业领域中被广泛的应用。由于自身具备体积小、可靠性高等特点，所以作为核心的控制设备在控制装置中起着非常重要的作用。在控制网络的组成上主要是由PC机和PLC共同控制，PC机主要作为PLC的编程器和监测器使用，所以在柔性制造系统中采用了PC机作为上位机，PLC作为下位机的控制系统。

1.工艺流程的设计方案

根据上述所提到的柔性制造系统的组成来制定相应的流程：首先是对E1处位置的工件检测，如果有工件在加工只能等到加工完毕后，新的工件继续加工，这样才能确保流水线在进料口出正常运行；如果在没有工件在E1处，电动机可以将带动传送带送到E2的位置，此时系统就可以进行正常的生产过程，将上料口打开，在电动机M2、M3的作用下将工件传送到E5的位置，在M4处的电动机就对工件开始加工，大约持续十几秒钟电动机就停止工作。然后在M3、M6处的电机就可以将工件传送到E9的位置，在M5处的电动机就能够对工件进行钻孔的工艺，大约也持续十几秒M5处的电动机停止工作，最后工件停留在E9处要检查在E12上是否有工件，如果有工件就停留一会等到工件传送完后继续在进行下面的工艺流程；如果没有工件，则在M7处的电动机的运转下开启下料口，在M6、M8处的电动机的作用下将工件传送到E12的位置，通过以上每个环节的工艺，就能够实现整个加工的过程。

2.分配I/O端子

主要反映外部的输入信号与输入端子号之间的关系，在每个控制端都有相应的输出端子号。由于在电动机的运转时，通过改变电机的正负极就能够实现电机的运转方向的不同，所以要控制电机的正反转就要同时用两个输出端子来控制，然后根据I/O的点分配将连接图画好，在输入开关上，不用多余的连接直接接到PLC的输入端就能完成对开关的控制。在连接直流电动机时，通过控制电源的极性就能够控制电动机的正反转的运行情况，在连接上是不能够直接接到PLC的输出端，需要利用直流继电器的转换才能够实现电路的连通，继电器上的触点与直流电机相连，这种I/O模块的具有很高的可操作性，在实际应用中效果很好。

3.程序的运行分析

在整个程序的设计中柔性制造主要采用顺序的控制方法，而可编程序中的状态继电器能够帮助顺序控制顺利的完成，同时利用相应的控制指令，由于在柔性制造中整个系统的工艺流程比较多，所以只能对部分的工艺进行程序的验证。在程序运行之前，先将PC机遇PLC连接号，然后按照需求设置相应的通信数据参数，在一般情况下使用COM1，这种情况下能够实现传输速率的最大化，接近9600bps，规定用D8120寄存器来设置相应的通信参数。等到所有数据的参数设置完成后，就可以执行命令，首先是程序的发送，由计算机编好的程序发到PLC终端上，然后通过PLC实现“RUN”功能。根据对数据的检验，可以证明双工作台的柔性制造的流水线能够正常的运行，同时按照生产要求正确的操作直流电动机的开关，就完成了所有的系统控制环节。

总而言之，柔性制造采用PLC控制系统更符合设计的要求，通过搭建工作流水线的柔性制造模型，在这种仿真模拟的条件下，缩短了设计的周期，同时又能够完成最终的设计目标。整个程序操作简单，可以根据不同的生产要求改变模型的设计，从而满足不同的生产线的加工标准，完成多种加工任务，为中小企业的生产提供更加科学的生产方式。

参考文献：

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