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柔性制造范文第1篇

關鍵詞:FMS工作原理發展

中圖分類號:TQ153文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 05-035-01

1FMS基本概念

所謂FMS,即指以數控機床、加工中心及輔助設備為基礎,用柔性的自動化運輸、存儲系統有機結合起來,由計算機對系統軟、硬件資源實施集中管理和控制而形成的一個物料流和信息流密切結合,沒有固定加工順序和工作節拍的完整的柔性自動生產線,主要適用與多品種、中小批量的生產任務的高效自動化制造系統。若要實現FMS中的物料流和信息流有機的結合,同時又能均衡系統的自動化程度和高柔性。與傳統的制造系統相比,FMS具有如下的優點:它能自動不同品種、不同結構、不同位置、不同切削方式的零件加工;它能自動傳輸、存儲、裝卸物料,自動更換刀具、夾具與工件并自動檢驗;它能自動進行工況診斷,保證加工質量和安全;它能全面處理信息,進行生產、工程信息的分析,編制生產計劃、調度與管理程序,實現可變加工和均衡生產。這即是FMS中所擁有的四個方面功能:(一)自動加工功能;(二)自動搬運與輸料功能;(三)自動監控與診斷功能;(四)信息處理功能。為了實現上述四大功能,一般來講,FMS就會由相對應功能的四個具體功能系統所組成,即為:自動加工系統,自動物流系統,自動監控系統與綜合軟件系統。FMS的適應范圍較廣,它把高柔性、高自動化、高質量、高效率結合起來,在制造業中的地位十分重要。

2工作過程

首先,根據生產的品種與調度計劃信息指令,由其信息系統對數據信息進行處理、分配,并按照所給的程序對物流系統進行控制,料庫就會提供相應品種的毛坯零件,輸送系統在夾具存儲庫中送出相應毛坯的隨行夾具,此時,自動裝卸機(或工業機器人)自動識別和選擇所裝卸的工件與夾具,并隨之安裝到相應的機床上。其次,把輸送來的工件與加工程序編碼,通過機床之加工程序識別裝置,選擇其相應加工程序、所需刀具與各方面切削參數等,完成對工件的自動加工。

最后,按照信息系統輸給的控制信息轉換工序,對剛加工完畢的零件進行檢驗,對合格的成品工件由裝卸及運輸系統送入成品庫。與此同時,把加工質量與數量等信息傳輸到監控和記錄裝置,隨行夾具也被送回到夾具存儲庫中。若需加工新品種的零件時,只要改變其生產計劃信息、技術信息與加工程序,整個FMS就會按照上述過程按要求、自動地完成新的加工。

3FMS的發展趨勢

迄今, FMS已滲透、擴散到制造業的各個領域,并對生產方式產生深遠的影響,制造柔性是由企業的長期戰略考慮而產生的一種生產與經營決策,故制造柔性便不僅僅是一個技術問題,而且也涉及到企業自身的具體情況和條件。這樣將來的FMS會朝著以下的方向去發展:

3.1向小規模的柔性制造單元(FMC)發展

由于FMC的規模小,投資少,技術綜合性和復雜性低,規劃、設計、論證和運行相對簡單,易于實現,風險小,而且易于擴展。因此,采用由FMC到FMS的規劃,既可以減少一次投入的資金,使企業易于承受,又可以減小風險,一旦運用成功就可以獲得一定的經濟效益,為下一步擴展提供資金、積累經驗,便于掌握FMS的復雜技術,使FMS的實施更加穩妥。 另外,現在的FMC已經具有FMS所具有的加工、制造、運儲、控制、協調功能,還具有監控、通訊、仿真、生產調度管理以至于人工智能等功能,在某一具體類型的加工中可獲得更大的柔性,提高生產率,增加產量,改進產品質量。目前國內外眾多廠家將FMC列為發展的重點之一。

3.2朝多功能方向發展

真正完善的新一代FMS將是智能化機械與人之間相互融合、柔性地全面協調從接受訂單至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。FMS是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢,是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。FMS是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上,將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程,在計算機及其軟件的支撐下,構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統,以實現全局動態最優化,總體高效益、高柔性,并進而贏得競爭全勝的智能制造系統。

3.3從計算機集成制造系統(CIMS)的高度考慮FMS規劃設計

無論從理論上還是實踐中都可以清楚意識到FMS是CIMS的重要組成部分,FMS必須集成到CIMS大家庭,只有從整個工廠優化的角度來考慮FMS才能獲得預期的效果。

3.4FMS實施會越來越重視組織管理和人的因素

除了現代化的硬、軟件外,人在自動化中的作用已經變得很重要,因為人的創造性、主觀能動性是任何機器所無法代替的,所以要想成功實施FMS必須通過管理把技術、組織、人和策略集成在一起。

4結束語

FMS已成為當今世界制造自動化技術發展的前沿科技,采用FMS所帶來的主要技術經濟效果有:能按裝配作業配套需要,及時安排所需零件的加工,實現及時生產,從而減少毛坯和在制品的庫存量,及相應的流動資金占用量,縮短生產周期;提高設備的利用率,減少設備數量和廠房面積;減少直接勞動力,在少人看管條件下可實現晝夜24小時的連續“無人化生產”,提高產品質量的一致性。這必將使FMS會成為未來機械制造的主要生產模式。

參考文獻:

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柔性制造范文第2篇

關鍵詞: 柔性制造系統;Petri網;信標;資源;化簡

中圖分類號:TP27

文獻標識碼:A文章編號: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

柔性制造系統(Flexible Manufacturing Systems，FMS)中的資源競爭會導致死鎖，死鎖控制問題近年來倍受關注［1-11］.我們可以選用多種形式化方法來解決死鎖問題，如Petri網(Petri Net ，PN)、有限自動機、有向圖.其中PN方法因為能用一種模塊化和系統化的方法來描述FMS操作的不同方面和多種特征而成為最流行、應用最廣泛的工具［3-4］.

文獻［1］定義了一種Petri網子類S3PR網，通過給這種網系統的每一個嚴格極小信標(Strict Minimal Siphon，SMS)添加控制庫所，而使得網系統是活的.這一工作被認為是第一次運用結構化分析進行基于監督器(Monitor-Based)的活性使能（Liveness Enforcement）Petri網監控器設計［3］.這種方法需要計算網模型的所有SMS，還有一些如文獻［2,7-11］中的方法也需要計算SMS集.眾所周知，Petri網信標數目相對于網規模來說是指數級的，理論上講S3PR網中SMS的數目也是網規模大小的指數級［3］.雖然沒有形式化的證明，但大家公認SMS的計算是一件代價高昂的工作［12-13］.

文獻［2］提出了基本信標的概念，基本信標理論不僅能極大地減少附加控制庫所和連接弧的數目，而且能達到同樣或更好的控制效果.人們可以先求一個S3PR網的SMS集，然后從中選出基本信標［2］，也可以直接由一個S3PR網求其基本信標，這方面的工作包括文獻［14-16］.但是，不管哪一條途徑，基本信標的計算也是一項花費很大的工作.

為了縮小FMS PN模型的規模，減少SMS或基本信標求取中的計算量，本文提出了一個消除位置特殊資源［6］的化簡算法.與原模型相比，執行該算法所得到的PN模型具有相同的SMS和基本信標，卻具有更少的資源庫所操作庫所，更少的變遷，以及更簡單的網結構.

1 基本概念與定義

A,B為2個集合， A表示集合A的基數，即A中元素的個數，A＼B表示在集合A中除去集合B中的元素所得到的集合.若一個列向量中的元素均為0（1），則記該列向量為[STHZ]0(1)[ST]，在不致發生混淆的情況下依然記為0（1）.

定義1 N=(P,T,F)稱為一個網，其中P和T為有限、非空且互不相交的集合，P是庫所的集合，T是變遷的集合，F(P×T)∪(T×P)稱為流關系或連接弧集合.定義x=y∈P∪T/(y,x)∈F為節點x∈P∪T的前集，而x=y∈P∪T/(x,y)∈F為節點x∈P∪T的后集，一個集合的前集（后集）為它的所有元素的前集（后集）的并集.

定義2 設N=(P,T,F)為一個網，N的關聯矩陣A:P×TZ是由P和T按照如下規則形成的,即若p∈t\t，A(p,t)=-1，若p∈t\t，A(p,t)=1，否則對于所有的p∈P和t∈T，有A(p,t)=0.P－向量I:P[WTHZ]Z[WTBX]是以P為序標的列向量，T－向量J:T[WTHZ]Z[WTBX]是以T為序標的列向量，其中[WTHZ]Z[WTBX]是整數的集合.

定義3 設N=(P,T,F)為一個網，則P－向量I是P－不變式的充要條件為I≠0且I[WTBZ]T[WTBX]A=0成立.不變式I的支撐為I={p∈P/I(p)≠0}.

定義4 設N=(P,T,F)為一個網，稱非空集合SP是一個信標(siphon)，當且僅當SS成立.一個信標是極小的，當且僅當它不包含任何其它信標，若一個極小信標不包含任何P－不變式的支撐，則稱它為嚴格極小信標(SMS).網N的所有SMS組成的集合記為Π.

本文研究對象為一類S3PR網FMS的PN模型，有關S3PR網的相關定義及性質詳見文獻［1］，S3PR網的一個實例見圖1.基本信標的定義及性質詳見文獻［2］，網N的所有基本信標組成的集合記為ΠE.

如圖1所示的S3PR網N的操作庫所集為P=p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9，PR=p11,p12,p13,p14,p15，進程空閑庫所為P0=p1,p10，資源庫所為PR=p11,p12,p13,p14,p15.

2 位置特殊資源定義及其性質

根據文獻［6］，本節首先定義了一類FMS Petri網模型S3PR網N中的位置特殊資源，證明了N的任意一個SMS都不包含位置特殊資源和使用這些資源的操作庫所.

定義5［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，集合XP∪P0∪PR，則以(P∪P0∪PR)為序標的0,1向量eX的各分量為

eX(p)=1,若p∈X 0,若pX

引理1［1］ 設N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則N的所有極小P－不變量的集合為

ePi∪P0i/i∈{1,2,…,k}∪eH(r)∪{r}/r∈PR

定義6［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，稱(P0)中的變遷為第1個操作工序變遷，所有第1個操作工序變遷所組成的集合記為Tb，即Tb=(P0)，對于r∈PR，若rTb，即r后集中的變遷均為第1個操作工序變遷，則稱r為N的位置特殊資源，N的所有位置特殊資源庫所組成的集合記為PdrR(N).[HJ]

定義7［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，設SR={r0,r1,r2,…,rn}，則定義L(ri)=SP∩H(ri)，i=0,1,2,…,n.若對于p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR，則稱S滿足RH－條件；如果S不包含N的任何一個P－不變量的支集，則稱S滿足P－條件.

由定義7和嚴格極小信標（SMS）的定義知S是N的一個極小信標且S滿足P－條件，當且僅當S是N的一個SMS.下面的引理說明若一個信標S滿足RH－條件而一個資源庫所r0不在S之中，則任何使用r0的操作庫所也不在S之中.

引理2［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，S滿足RH－條件，r0∈PR，且r0S，則S∩(r0∪H(r0))=.

引理3［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，S滿足RH－條件，設SR={r0,r1,r2,…,rn}，則SP=∪ni=0L(ri).

引理4［6］ 設S是S3PR網N的一個信標，則S不包含N的任何一個P－不變量的支集當且僅當S不包含N的任何一個極小P－不

變量的支集.

引理5［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S(≠)是一個不包含N的任何一個P－不變量支集的信標，則S∩PR>1.

這個引理告訴我們，不包含N的任何一個P－不變量支集的信標（即信標滿足P－條件）至少包含2個資源庫所.下面的引理說明任何一個第1個操作工序變遷，其后集中沒有資源庫所.

引理6［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則t∈Tb，t(r)=.

引理7［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于S∈Π，都有S∪CS=SR∪(∪r∈SRH(r)).

引理8［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于S∈Π，p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR.

推論1［6］ 設N是一個S3PR網，S是N的任意一個SMS，則S滿足RH－條件.

上面的推論告訴我們，N的任何一個SMS都滿足RH－條件，下面的引理說明位置特殊資源庫所不在任何一個SMS中.

引理9［6］ 設N是一個S3PR網，若r0是N的任意一個位置特殊資源，則對N的任意一個SMS，S∈Π，都有r0S.

下面的推論告訴我們，N的任何一個SMS都不包含使用位置特殊資源的操作庫所.

推論2［6］ 設N是一個S3PR網，若r0是N的任意一個位置特殊資源，S是N的任意一個SMS，即S∈Π，則H(r0)∩S=.

3 除去位置特殊資源及相關網元素

本節首先給出一個化簡函數Reduction(N,r0)，用來刪除N中的一個位置特殊資源r0，使用這個資源的操作庫所，以及相關的變遷和連接弧.隨后，文中又證明了化簡得到的網N′同原網N具有相同的SMS和基本信標.

定義8［1］ 設N=(P,T,F)是一個網，XP∪T，則記NX=(PX,TX,FX)為N的由X生成的網，其中PX=P∩X，TX=T∩X，FX=F∩(X×X).

函數1 N′=Reduction(N,r0)

輸入 帶有位置特殊資源r0的FMS Petri網模型N，N是一個S3PR網，N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F).

輸出 消去r0之后的S3PR網N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′).

Tb(r0)r0，H(r0)=(Tb(r0))，Tc(r0)=r0； // Tb(r0)是要被刪去的變遷集合，這時其中的任何一個變遷t都是第1個操作工序變遷，由引理6知t(r)=，因此使用r0的操作庫所集為H(r0)=r0∩P=（Tb(r0)）∩P=（Tb(r0)），Tc(r0)是新產生的N′中的第1個操作工序變遷集合；

for(Tc(r0)中的每一個變遷t) do //對于t∈Tc(r0)；if(t∩P0≠) then //若t后集中有進程空閑庫所，則t應當被刪去；

Tc(r0)=Tc(r0)＼{t};

Tb(r0)=Tb(r0)∪{t};

end if

X=P0∪(P＼ H(r0))∪(PR＼ {r0})∪(T＼Tb(r0));//在N中刪去資源庫所r0,以及H(r0)和相關變遷；N=NX=(PX,TX,FX);

for (i=1 to k) do //對于組成N的每一個S2PR Ni;

在N中加上弧集P0i×(Tc(r0)∩Ti);

return N.

例如圖1的S3PR網N，由定義6，Tb=t1,t8，由于(p11)=t1Tb，因此p11是N的一個位置特殊資源，調用函數Reduction(N,p11)，Tb(p11)=t1，Tc(p11)=t2,t6，H(p11)=p7，由于t2∩P0=t6∩P0=，所以函數Reduction(N,p11)中的第1個for循環不執行:

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′，如圖2所示.

函數1對S3PR網N處理后得到N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)，N′也是一個S3PR網，N與N′的關系如下：N′中的資源庫所比N少了一個r0，即P′R=PR－{r0}，對于r∈PdrR(N)＼ {r0}，r∈PdrR(N′)；空閑庫所集不變，都是P0，操作庫所少了H(r0)，即P′=P＼H(r0)，變遷集中少了Tb(r0)，即T′=T＼Tb(r0)，相關的每一個加工路徑上少了一個操作庫所p∈Pi∩H(r0)，對于資源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的.

定義9 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網， N′是由N經過函數1化簡后得到的S3PR網，設化簡過程中除去的位置特殊資源庫所為r0，r0∈PdrR(N)，則N的不包含PdrR(N)中庫所的且滿足RH－條件和P－條件的信標組成的集合記為Π1，Π1中所有極小元素組成的集合記為Π2；N′不包含PdrR(N)中庫所的且滿足RH－條件和P－條件的信標組成的集合記為Π3，Π3中所有極小元素組成的集合記為Π4，N′的所有SMS組成的集合記為Π′，N′的所有基本信標組成的集合記為Π′E.

定理1 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網:

N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)

=(P0∪(P＼H(r0))∪(PR＼r0),T′,F′).

Π1，Π3如前文定義，則有Π1=Π3.

證明

1)首先證明Π1Π3.

①本節證明對于S∈Π1，S在N′中也是一個信標.由S∩PdrR=，r0∈PdrR知r0SR，由S滿足RH－條件結合引理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的一個信標知在N中，對p∈S，t∈p，p1∈S，使得.對于p∈S，分2種情況討論.

情況1：若p∈Sr，由于r0Sr，所以p≠r0，N中的變遷集[KG-*3]p，庫所集[KG-*3]p，以及弧集F∩((p×{p})∪(p×p))在N′中都保留下來，所以在N′中也有p∈Sr，t∈p，p1∈S，使得t∈p1.

情況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知變遷集p，庫所集(r)(p)，以及弧集F∩((p×{p})∪((r)(p)×p))在N′中都保留下來，所以在N′中也有p∈∪ni=1L(ri)，t∈p， r∈SrS，使得r=(r)t，t∈r.

由情況1及情況2知，Π′=在N′中也是一個信標.

②本節證明S在N′中滿足RH－條件和P－條件.由函數1知N′也是一個S3PR網，并且資源庫所集為P′R=PR＼{r0}，對于資源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中滿足RH－條件知S∩P0=，S在N中滿足RH－條件且r0S，由引理2知S∩(r0∪H(r0))=，結合S∩P0=知SP′R∪(∪r∈P′RH(r))，又N′與N的進程空閑庫所集均為P0，所以由S在N中滿足RH－條件知S在N′中也滿足RH－條件；由引理1知網N的極小P－不變量的集合為:

由S在N中滿足P－條件知信標S不包含INVP(N)中任何一個元素的支集，結合S∩P0=和INVP(N)與INVP(N′)之間的關系，知S不包含INVP(N′)中任何一個元素的支集，由引理4知S在N′中滿足P－條件.

對于S∈Π1，S∩PdrR(N)=并且由①知S在N′中也是一個信標，由②知S在N′中也滿足P－條件和RH－條件，因此S∈Π3.有Π1Π3成立.

2)類似可證Π3Π1.

由1)，2)知Π3＝Π1.

推論3 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網，則有Π2=Π4.

證明 由定理1知Π1=Π3，由于Π2和Π4分別是Π1，Π3中的極小元素組成的集合，因此有Π2=Π4.

定理2 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于N來說，Π=Π2.

證明 1）首先證明Π2Π.對于S∈Π2，假設SΠ，則由于S滿足P－條件而SΠ,所以S不是N的極小信標，從S出發可以找到一個極小信標S′，S′S，由S′S知S′滿足P－條件，所以S′是N的一個SMS，由推論1知S′滿足RH－條件，由引理9知S′∩PdrR(N)=，所以S′∈Π1.由S′S且S′∈Π1知，S不是Π1中的極小元素，即SΠ2，矛盾.故若S∈Π2，則S∈Π.

2）其次證明ΠΠ2.對于S∈Π，則S滿足P－條件，S∈Π結合推論1知S也滿足RH－條件，又由引理9知對于任意一個位置特殊資源r0，都有r0S,所以S∈Π1，假設S不是Π1中的極小元素，則存在S′∈Π1，S′S，S′是N的一個信標，這同S是N的一個極小信標矛盾，因此S∈Π2.ΠΠ2成立.

定理3 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于N′來說，Π′=Π4.

證明 同定理2的證明類似.

定理4 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網，則有Π=Π′.

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

推論4 N與N′定義如定理4，則ΠE=Π′E.

證明 由網基本信標的定義結合定理4易知.

4 結語

解決柔性制造系統中的死鎖控制問題，需要處理系統的Petri網模型.由于處理算法的時間復雜度大部分都是非多項式（例如，是指數級的），因此，網模型規模大小往往會對計算量和處理時間產生重大影響.

本文考查包含一類位置特殊資源的S3PR網柔性制造系統Petri網模型，提出了一個化簡算法,刪去一個位置特殊資源，以及相關操作庫所、變遷和弧刪去,最終得到的網系同原網系統擁有相同的嚴格極小信標和基本信標.同時，與原網系統相比，最終得到的網系統具有更少的庫所、變遷和較簡單的網結構.

當然，如文獻［11］的作者邢科義教授指出，文中算法能在多大程度上簡化系統，這需要有一個定量的描述或結論（對有些系統簡化好像很有限）.另外，對本文中算法的時間復雜度的分析，筆者將另文討論.

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柔性制造范文第3篇

[關鍵詞]汽車總裝生產線 柔性化 總裝工藝流程 意義

中圖分類號：U468.23 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0378-01

1、柔性生產制造的特點

根據機械制造科學的標準分類，按照生產系統內自動化水平的高低，制造可以分為柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）、柔性制造線（FML）和柔性制造工廠（FMF）。柔性制造最大的特點在于制造上的柔性，在汽車生產中其表現如下：（1）設備運用柔性化：設備能完成多種加工，利于實現批量生產、降低庫存費用、提高設備利用率和縮短加工周期。

（2）物料運送柔性化：物料運送設備能運送多種物料，具有較高的可獲得性和利用率。

（3）操作柔性化：具有相同加工工藝的工件能以多種方式進行加工，在機器出現故障時易于實現動態調度。

（4）人力資源配飯柔性化：操作人員掌握多種技能，能在不同崗位上工作。

（5）加工路徑柔性化：工件加工能通過制造系統的多種路徑完成，便于平衡機床負荷，增強系統在機床故障、刀具磨損等情況下運行的穩定性和可靠性。

（6）加工過程柔性化：加工過程能同時生產多種產品，具有混合比柔性，通過提供多樣化的產品來提高客戶滿意水平。

（7）產品類型柔性化：在產品中能隨時增加、去除或更換某些零部件，以提高對市場產品需求的響應能力。

（8）生產批量柔性化：在多種生產批量下，制造系統能獲得相應利潤，保持其在各種需求水平下的獲利性。

（9）系統擴展柔性化：制造系統具有開放性，能擴展其生產能力，以適應企業拓展新市場的要求。

（10）生產種類柔性化：無需增加重要制造設施，制造系統能制造多種產品，完成多樣化的生產任務。

（11）市場需求柔性化：制造系統能在多變的市場環境下求得生存與發展，具有較強的適應動態變化的市場需求的綜合能力。

2、汽車業柔性制造的發展及其作用

2.1汽車業柔性制造的發展

美國、日本、前蘇聯、德國等發達國家在20世紀60年代末至70年代初，先后開展了柔性制造技術以及裝備的研制工作。1976年，日本法納科公司展出了由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元，為發展柔性制造提供了設備基礎。20世紀80年代，隨著柔性制造技術的成熟，柔性制造得到了迅速發展，并主要應用機、汽車制造業等。依靠計算機、加工中心和數控機床組成的柔性自動加工系統，使汽車業由單一品種、大批量的生產方式，轉向多品種、中小批量、適應市場需求的精益生產方式，也使汽車生產企業的經濟效益和管理水平大大提高。

2.2汽車業柔性制造的作用

在國外汽車工業中，主要汽車生產廠商如通用、福特、寶馬、奔馳、豐田、大眾、雷諾、沃爾沃等公司都采用了柔性制造系統。隨著各類先進加工技術的相繼問世，柔性制造技術本身也在不斷完善和提高。如瑞士的一家工業公司采用了由激光加工中心及CNC自動車床和自動磨床組成的柔性制造單元，該單元由于改用激光加工中心來代替原來的銑床，生產率提高了很多倍，而且產品精度高、質量好。以數控加工為例，為向柔性制造提供基礎設備，要求數控系統不僅能完成通常的加工功能，而且還應具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭（有時帶坐標變換）、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯網功能，特別是依據用戶的不同要求，方便靈活地配置和集成。各種相關技術的不斷進步，促使柔性制造規模不斷擴大，將對汽車生產產生深刻影響。

3 汽車總裝生產線柔性化需注意的幾點問題

3.1 生產線的柔性化要求生產過程更為人性化

如果說10年生產一個產品的車，那么它是簡單的機械重復。但對于柔性化生產線來說，無論是物料管理還是員工管理都要復雜許多。在柔性總裝線上，這需要由同一個工位的工人來完成。按常理，來什么車型的車，工人就從線旁的料架上取不同的部件，這就需要安放三個不同的料架，但是由于是大宗零件，在物流配送中即可根據不同車型過來的順序，對部件的配送進行排序，在適當的時間送來適當的部件，這不僅節省了線旁存料的空間，而且也能夠使工人不需要花時間進行辨別，明顯可以提高工作效率。

3.2生產線的柔性化要培養柔性的人

在生產線柔性化的過程中，管理人員應有在不同崗位工作的經歷，這種輪崗形式可稱之為角色換位，這是提供給管理人員成為一個全才的機會。如果一個管理人員只是一個部門很出色，但并不知道別的部門怎么運作的，能過輪崗，就會使其知道上游和下游在怎么做，眼界就會更為開闊，考慮問題的出發點就會是全局化的，不會有扯皮現象的產生。這可概括為：柔性化生產線要求人也要有柔性，以適應這種生產布局，適應它的節奏，駕御它，同時要改進它，不能線很柔，人卻很剛。至于產品質量的直接締造者――工人，他們要達到汽車總裝生產線生產標準必須經過嚴格的培訓。為適應柔性化生產，制造部門的工人應至少必須掌握三個以上工位的工作內容，并加大培訓力度，培訓員工的各種能力。

4 結語

柔性化生產是近些年來大多數產品密集型制造企業所極力推行的一種生產形態。其在大多數制造性行業都有不同程度的體現，其中汽車行業尤為突出。汽車行業是柔性化生產概念體現得最為徹底的一個行業。盡管目前國內大多數主流汽車廠家都宣稱自己所擁有的生產線是如何先進，在同一個生產平臺可以同時生產多少種不同類型的車型，生產線上可同時組裝不同顏色不同款式的車輛，這些無不都是在宣稱企業生產線的柔性化程度之高，在一定程度上向消費者傳達了一個積極的信息，并從制造和管理水平方面推廣自己企業。

柔性制造范文第4篇

[摘要]本文根據柔性制造系統的產生,對柔性制造系統的組成、分類、優勢及發展方向等做了詳細闡述。

[關鍵詞]柔性制造系統(FMS)組成優勢發展方向

70年代末80年代初,隨著計算機輔助管理、物料自動搬運、刀具管理和計算機網絡、數據庫的發展以及CAD/CAM技術、成組技術(GT)、工業機器人等技術的成熟,更加系統化、規模化的柔性制造系統(FMS)就出現了。

所謂FMS,是一組數控機床和其他自動化的工藝設備,由計算機信息控制系統和物料自動儲運系統有機結合的整體,能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(FlexibleManufacturingSystem)。下面就柔性制造系統的組成、分類、優勢及發展趨勢進行闡述。

一、柔性制造系統(FMS)的組成

1.加工系統

柔性制造系統采用的設備由待加工工件的類別決定,主要有加工中心、車削中心或計算機數控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機床等,用以自動地完成多種工序的加工。

2.物料系統

物料系統用以實現工件及工裝夾具的自動供給和裝卸,以及完成工序間的自動傳送、調運和存貯工作,包括各種傳送帶、自動導引小車、工業機器人及專用起吊運送機等。

3.計算機控制系統

計算機控制系統用以處理柔性制造系統的各種信息,輸出控制CNC機床和物料系統等自動操作所需的信息。通常采用三級(設備級、工作站級、單元級)分布式計算機控制系統,其中單元級控制系統(單元控制器)是柔性制造系統的核心。

4.系統軟件

系統軟件用以確保柔性制造系統有效地適應中小批量多品種生產的管理、控制及優化工作,包括設計規劃軟件、生產過程分析軟件、生產過程調度軟件、系統管理和監控軟件。

二、柔性制造系統的分類

1.柔性制造單元(FMC)

FMC由單臺帶多托盤系統的加工中心或3臺以下的CNC機床組成,具有適應加工多品種產品的靈活性。FMC的柔性最高。

2.柔性制造線(FML)

柔性制造線FML是處于非柔性自動線和FMS之間的生產線,對物料系統的柔性要求低于FMS,但生產效率更高。

3.柔性制造系統(FMS)

FMS通常包括3臺以上的CNC機床(或加工中心),由集中的控制系統及物料系統連接起來,可在不停機情況下實現多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術最具代表性的制造自動化系統。

三、柔性制造系統的優勢

1.設備利用率高。由于采用計算機對生產進行調度,一旦有機床空閑,計算機便分配給該機床加工任務。在典型情況下,采用柔性制造系統中的一組機床所獲得的生產量是單機作業環境下同等數量機床生產量的3倍。

2.減少生產周期。由于零件集中在加工中心上加工,減少了機床數和零件的裝卡次數。采用計算機進行有效的調度也減少了周轉的時間。

3.具有維持生產的能力。當柔性制造系統中的一臺或多臺機床出現故障時,計算機可以繞過出現故障的機床,使生產得以繼續。

4.生產具有柔性。可以響應生產變化的需求,當市場需求或設計發生變化時,在FMS的設計能力內,不需要系統硬件結構的變化,系統具有制造不同產品的柔性。并且,對于臨時需要的備用零件可以隨時混合生產,而不影響FMS的正常生產。

5.產品質量高。FMS減少了卡具和機床的數量,并且卡具與機床匹配得當,從而保證了零件的一致性和產品的質量。同時自動檢測設備和自動補償裝置可以及時發現質量問題,并采取相應的有效措施,保證了產品的質量。

6.加工成本低。FMS的生產批量在相當大的范圍內變化,其生產成本是最低的。它除了一次性投資費用較高外,其他各項指標均優于常規的生產方案。

四、FMS發展方向

1.FMS仍將迅速發展

FMS在20世紀80年代末就已進入了實用階段,技術已比較成熟。由于它在解決多品種、中小批量生產上比傳統的加工技術有明顯的經濟效益,因此隨著國際競爭的加劇,無論發達國家還是發展中國家都越來越重視柔性制造技術。

從機械制造行業來看,現在FMS不僅能完成機械加工,而且還能完成鈑金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工以及噴漆、熱處理、注塑和橡膠模制等工作。從整個制造業所生產的產品看,現在FMS已不再局限于汽車、車床、飛機、坦克、火炮、艦船等,還可用于計算機、半導體、木制產品、化工等產品生產。從生產批量來看,FMS已從中小批量應用向單件和大批量生產方向發展。

隨著計算機集成制造技術和系統(CIMS)日漸成為制造業的熱點,很多專家學者紛紛預言CIMS是制造業發展的必然趨勢。柔性制造系統作為CIMS的重要組成部分,必然會隨著CIMS的發展而發展。

2.FMS系統性能不斷提高

構成FMS的各項技術,如加工技術、運儲技術、刀具管理技術、控制技術以及網絡通信技術的迅速發展,毫無疑問會大大提高FMS系統的性能。在加工中采用噴水切削加工技術和激光加工技術,并將許多加工能力很強的加工設備如立式、臥式鏜銑加工中心,高效萬能車削中心等用于FMS系統,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系統性能。AVG小車以及自動存儲、提取系統的發展和應用,為FMS提供了更加可靠的物流運儲方法,同時也能縮短生產周期,提高生產率。刀具管理技術的迅速發展,為及時而準確地為機床提供適用刀具提供了保證。同時可以提高系統柔性、生產率、設備利用率,降低刀具費用,消除人為錯誤,提高產品質量,延長無人操作時間。

柔性制造范文第5篇

關鍵詞：PLC控制技術；柔性制造；研究；功能

在計算機網絡和新的控制技術不斷發展的基礎上，柔性制造技術逐漸的興起。由于制造企業的不斷發展，為了滿足種類多、數量多的要求，所以柔性制造被廣泛的應用在制造行業當中。柔性制造技術是隨著制造的環境和任務的變化來調整生產方式，所以它是集自動化和柔性化的特點于一身，在企業中利用柔性制造不僅能夠保證生產質量，而且還能夠最大程度上提高生產效率，給企業帶來更多的經濟效益。通過對柔性制造系統的研究，結合PLC控制技術，能夠對制造系統的設計和制造提出一些新的建議。

一、PLC控制技術特點

PLC具有典型的計算機機構，在工業控制上屬于專用的計算機，是取代繼電器控制的系統的一種數字化電子系統。具有以下幾個顯著的特點：

1.可靠性高、抗干擾能力強

PLC的主機中，輸入與輸出電源之間是沒有聯系的，采用的是光電隔離的方式，所以在運作上是很獨立的；在這個系統中是運用循環掃描的工作方式，同時在CPU的保障上采取了對內部電路的檢測，所以不會出現任何問題；在電氣器件的選擇上都有嚴格的把關，生產工藝流程規范化，同時各模塊都有屏蔽措施，防止輻射對元件造成的損害，使電子器件的質量提升，所以PLC控制技術顯得更加的穩定，如果器件在運行中出現了問題，該系統就會在PLC技術下自動報警，然后通過軟件可以進行故障的診斷，提升了PLC在工作中的可靠性以及安全性。

2.I/O模塊豐富

PLC對于不同的工作環境會有不同的I/O模塊以及相應的設備，在這種系統中安裝了人―機對話的接口模塊，可以提高操作性能，使操作更為的簡單便捷；在工業局部網絡中為了使通訊更為的暢通設置了網絡的接口模塊，這些不同類別的I/O模塊，為PLC的應用提供了很大的方便。在輸入接口要注意隔離的防護，為了避免輸入端的電磁干擾或者輻射干擾等現象的發生，一般采用的是光電耦合器作為電流的輸入端。在解決觸電振動的問題一般采用RC濾波器可以有效的防止這種誤動作的產生。在PLC輸出接口包括繼電器輸出、晶體管輸以及晶閘管輸出三種模式。在每一種線路上都采取了相應的隔離措施，保證系統的正常運行。

3.體積小、能耗低、安裝方便

在連接設備的時候，由于PLC模塊體積很小，而且又很輕，所以特別容易安裝，在連接器件的時候操作方便，是機電一體化中的重要控制組成。在PLC的控制系統建立上所消耗的時間并不是很長，而且在PLC的操作界面上能夠簡單明了指示給用戶，給使用者的操作上帶來很大的便捷。同時在PLC系統中每個模塊都安裝了故障檢測系統，通過監視器可以準確的判斷故障的位置，如果在PLC上的模塊中存在問題的時候，可以利用其他的模塊代替發生障礙的模塊繼續工作，能夠使系統快速的恢復正常，不影響系統的整體運行。

4.程序編制簡單

PLC的接線方式為梯形圖語言，這種方式與繼電器原理相類似。比較突出的特點就是使用者可以直觀的看出程序的內容，就算對于不是專業的編程人員也能夠輕而易舉的掌握。這種技術在工廠企業中，可以簡化操作過程，對程序中可以隨時的進行修改。在PLC技術中具有很高的靈活請、開放性以及經濟性，在使用中能夠簡化系統的構造，能夠把控制、人―機等各種應用聯系在一起，共同有一個服務平臺來操控，操作簡單，易學易用。但是在運行中還是會存在一定的問題，比如最主要的就是在PC操作系統上才能夠實現PLC技術，有一定的局限性，實時性不強。所以需要改變運行環境或者執行算法等方式進行解決。

5.設備完善且功能性強

在PLC的規模研制中開發出不同系列的產品，在不同的領域有著廣泛的應用價值。在電子模塊化的基礎上，使用PLC組成各種控制系統就非常的容易，而且PLC對外界的因素的敏感度不是很高，所以具有較好的適應性。在各種干擾、輻射甚至瞬間斷電的情況下都能夠繼續的工作，所以能夠適用于條件非常差的工作環境。在PLC的功能實現上包括邏輯運算、計時、順序等，其中還包括對數字和模擬量的輸入和輸出，還能夠實現自檢、紀錄等功能。這種強有力的設備可以再一條生產線上實現一臺生產機械，同時操控這個生產過程。

二、柔性制造系統的機械系統設計及功能

1.柔性制造系統功能及特點

柔性制造屬于復雜的智能化系統，結合了計算機和微電子學等技術，在這種技術的應用下解決了自動化與柔性化之間的矛盾，在實際使用中能夠提高生產率，使企業的運行效率不斷提升。通過模擬仿真技術，用兩臺數控加工中心組成加工生產線，能夠模擬生產中的磨削、鉆孔以及輸送等工序，在這個模擬柔性制造系統上能夠實現對工件的連續加工，將工件放在傳送帶上系統就會不停的運轉。通過柔性制造能夠提高設備的利用率，更多更快的生產出所需產品，而且生產能力相對穩定，主要是因為加工系統是由一臺或者以上的機床組成，在系統不能正常運轉時，可以通過降級運轉來是生產系統達到運行穩定的效果，在物料傳送系統上如果發現障礙也會繞道而行，很大程度上提高了系統的穩定性。

主要具備以下幾種特點：①提高了產品質量。在利用柔性制造系統進行零件加工時，裝卸都是同步完成，不僅提高了系統的運行效率，而且還能提高零件加工的精度。②運行靈活、自由。對于柔性制造系統的檢驗、維護等都可以在第一班就能夠完成，其余的都不需要工作人員的操作就能夠實現系統的正常運行，在比較先進的柔性制造系統中利用其具有的監控功能，對刀具的磨損以及零件的運輸出現的問題都能夠及時的處理。③產品應變力大。在系統的運行中能夠對刀具、夾具等零件進行調整，使系統的運行更加的平穩，能夠滿足市場的需求。

2.柔性制造系統的機械系統設計

根據柔性制造的特點以及系統的功能，將雙臺工作柔性制造系統可以大致分為兩個部分：一部分是運輸帶，主要負責在各工作臺之間的運轉；一部分是制造單元，主要負責磨削和鉆孔。整個機械組成部分包括齒輪、減速箱等，直流電機是機械系統的動力源，在系統中主要的部件包括為：四條運輸帶、八個直流電動機和五個傳感器，這就是機械系統的主要設計。

三、柔性制造系統的控制系統設計

控制系統是柔性制造系統的核心部分，主要負責對系統的運行能力進行調控。計算機可編程控制器（以下簡稱PLC），能夠實現對開關量邏輯的控制、過程控制以及閉環控制，同時通過計算機分析系統能夠對數據進行處理，可以組成具有通信功能的數據網絡，所以在計算機控制區域中屬于高性能的控制器，在各大工業領域中被廣泛的應用。由于自身具備體積小、可靠性高等特點，所以作為核心的控制設備在控制裝置中起著非常重要的作用。在控制網絡的組成上主要是由PC機和PLC共同控制，PC機主要作為PLC的編程器和監測器使用，所以在柔性制造系統中采用了PC機作為上位機，PLC作為下位機的控制系統。

1.工藝流程的設計方案

根據上述所提到的柔性制造系統的組成來制定相應的流程：首先是對E1處位置的工件檢測，如果有工件在加工只能等到加工完畢后，新的工件繼續加工，這樣才能確保流水線在進料口出正常運行；如果在沒有工件在E1處，電動機可以將帶動傳送帶送到E2的位置，此時系統就可以進行正常的生產過程，將上料口打開，在電動機M2、M3的作用下將工件傳送到E5的位置，在M4處的電動機就對工件開始加工，大約持續十幾秒鐘電動機就停止工作。然后在M3、M6處的電機就可以將工件傳送到E9的位置，在M5處的電動機就能夠對工件進行鉆孔的工藝，大約也持續十幾秒M5處的電動機停止工作，最后工件停留在E9處要檢查在E12上是否有工件，如果有工件就停留一會等到工件傳送完后繼續在進行下面的工藝流程；如果沒有工件，則在M7處的電動機的運轉下開啟下料口，在M6、M8處的電動機的作用下將工件傳送到E12的位置，通過以上每個環節的工藝，就能夠實現整個加工的過程。

2.分配I/O端子

主要反映外部的輸入信號與輸入端子號之間的關系，在每個控制端都有相應的輸出端子號。由于在電動機的運轉時，通過改變電機的正負極就能夠實現電機的運轉方向的不同，所以要控制電機的正反轉就要同時用兩個輸出端子來控制，然后根據I/O的點分配將連接圖畫好，在輸入開關上，不用多余的連接直接接到PLC的輸入端就能完成對開關的控制。在連接直流電動機時，通過控制電源的極性就能夠控制電動機的正反轉的運行情況，在連接上是不能夠直接接到PLC的輸出端，需要利用直流繼電器的轉換才能夠實現電路的連通，繼電器上的觸點與直流電機相連，這種I/O模塊的具有很高的可操作性，在實際應用中效果很好。

3.程序的運行分析

在整個程序的設計中柔性制造主要采用順序的控制方法，而可編程序中的狀態繼電器能夠幫助順序控制順利的完成，同時利用相應的控制指令，由于在柔性制造中整個系統的工藝流程比較多，所以只能對部分的工藝進行程序的驗證。在程序運行之前，先將PC機遇PLC連接號，然后按照需求設置相應的通信數據參數，在一般情況下使用COM1，這種情況下能夠實現傳輸速率的最大化，接近9600bps，規定用D8120寄存器來設置相應的通信參數。等到所有數據的參數設置完成后，就可以執行命令，首先是程序的發送，由計算機編好的程序發到PLC終端上，然后通過PLC實現“RUN”功能。根據對數據的檢驗，可以證明雙工作臺的柔性制造的流水線能夠正常的運行，同時按照生產要求正確的操作直流電動機的開關，就完成了所有的系統控制環節。

總而言之，柔性制造采用PLC控制系統更符合設計的要求，通過搭建工作流水線的柔性制造模型，在這種仿真模擬的條件下，縮短了設計的周期，同時又能夠完成最終的設計目標。整個程序操作簡單，可以根據不同的生產要求改變模型的設計，從而滿足不同的生產線的加工標準，完成多種加工任務，為中小企業的生產提供更加科學的生產方式。

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