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钣金柔性制造系统分析与介绍
2019-04-15 15:54:22已阅读2261

钣金柔性制造系统分析介绍


/文章·维特罗伯特机械(苏州)有限公司

20世纪50年代,为了提高生产率,适用于大批量生产的组合机床和刚性自动线等专用设备得到很大发展。60年代,随着小批量高精度加工产品的不断增加,数控机床和加工?#34892;?/span>进入了鼎盛时期。从70年代起,?#34892;?#25209;量多?#20998;?#30340;生产成为制造工业的生产特征。随着科学技术的发展和产品更新换代速度的加快,?#34892;?#25209;量产品的比例还有进一步增大的趋势。这?#26234;?#20917;迫使人们研制以适应?#34892;?#25209;量多?#20998;?#29983;产为主要目标的柔性制造系统(FMS)。

1982年,日本发那科公司建成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,?#36865;?#36824;有一个无人化电机装配车间,它们都能连续24小时运转。

这种自动化和无人化车间,是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。我公司于2010年开始涉足金属加工领域,业务从板材立体仓库到机床加工单元的物流自动化改?#21697;?#26696;。是国内最先致力于金属加工领域的自动化系统集成商。2019年初与日本三菱自动化[email protected]工厂智能化管理系统)部门达成战略合作。Vtrobot工厂物流自动化[email protected]信息自动化,为智能化工厂建设提供可能,助推中国制造业实现转型升级。

三菱[email protected]是现代化工厂管理全新的一种解决方案。传统的管理系统不能建立到工厂基层的加工单元[email protected]是建立在加工单元的基础上面,可以把车间生产现场真实基本数据提取出来。通过[email protected] 解决方案,可以从加工设备和装置内部“直接”、“实时”收集生产?#23548;ā?#36816;转?#23548;ā?#36136;量信息等生产现场的各种数据,并在IT系统中灵活运用,从而解决企业面对的各种课题

柔性制造系统的组成

系统组成

1?#26800;腖MK激光切割柔性生产线是由我公司为某高铁箱体公司设计。系统主要由智能板材双塔料库、五台高功率激光切割机、上料机械手、下料机械手及成品输送分拣单元、产线运营管理系统构成。


1 VT LMK激光切割柔性生产线

系统功能

根据生产部下发订单,统一自动分配切割执行程序与计划到各加工机,同时板材仓库据切割计划自动为激光机完成材料配送。实现统一程序计划置入和生产任务信息反馈,设备运行状态反馈。通过Vtrobot产线运营管理系统创造可视化的产线现场。

多工位数控激光加工系统

传统的数控系统的功能基本上靠固定的逻辑线路来实现,如需要扩充或改变功能则必须更改硬件逻辑,灵活性较差。柔性制造系统采用计算机控制的加工机,这种数控装置适应性强,能在硬件基本不变的情况下,通过修改软件来改变或扩充其功能。激光加工机具有排版编程功能,工件通过优化排版一次连续地完成多种造型切割加工。如果用多台加工激光切割机组成柔性制造系统,便可以?#25105;?#39034;序自动完成多种工件的多工位加工。

自动化物料流输送系统

它包括存储、输送和搬运三个子系统,其功能为:自动地以?#25105;?#39034;序存取板材;自动地按可变的自?#23665;?#25293;完成柔性制造系统中各个生产装置的连接;自动地实现输送装置和加工设备之间的连接。柔性制造系统?#26800;?#24037;件输送系统与其他制造系统?#26800;?#26495;材工件输送系统有很大区别,它不是按固定节拍将工件从某一工位输送到下一工位,而是既不按固定节拍又不按固定顺序输送工件,甚至有时是将几种工件混杂在一起输送。在这种系统中一般都设置储料库,以调节各个工位上所需加工时间的差异。

工件输送系统有直线输送、环形输送二种基本类型。直线输送:输送装置沿机床一边布置,或从两排机?#20179;?#38388;通过。输送工具可以是各种类型的吸盘机械手,传送带和运送小车,主要用于顺序传送。这种输送装置本身的存储容量很小,常需设置中间单元储存料库(图1)。环形输送:机床布置在中央仓库的外侧,整个传送由大型码垛机及许多随行物流车和?#20449;?#32452;成,借助?#20449;躺系?#32534;码器能自动识别地址,从而可以?#25105;?#32534;排工件的传送顺序(图2)。除这二种基本方式外,还有工业机器人,它主要用于?#26800;?#23610;寸的零件输送和搬运。


2 中央立体仓库与数台加工机联合生产

计算机信息流控制系统

  信息流控制系统的主要设备为计算机,与直接数控系统相似,通常具有A、B两级或A、B、C三级计算机分级控制的结构形式。在A级中?#25165;?#26377;大型通用计算机,并包含有零件自动编程系统,其主要职能是:将应用?#25345;直?#31243;语言编写的零件源程序处理成加工目的程序,完成管理控制,如分析原材料价格、记录生产历史资料、编制管理报告、综合市场信息、核算经济指标等。在B级中?#25165;?#26377;?#34892;?#22411;通用计算机,其主要职能是:将来自A级计算机的数据分发到各台数控或计算机数控装置和输送装置?#20808;ィ?#24182;协调其工作,同时还对每台机床进行生产状态分析和判断,并根据情况发出修改控制参数的指令。在C级中?#25165;?#26377;小型计算机、微型机或专用数控装置,其主要职能是:执行来自上一级计算机的命令,直接控制机床加工,收集并处理检测数据,向上级计算机反映各台机床的生产状态(图3)。


3 钣金柔性生产线管理系统简图

柔性制造系统工艺?#24471;?/span>

   典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。加工设备主要采用激光切割机、数控冲床和折弯?#34892;摹V小?#22823;批量少?#20998;?#29983;产中所用的FMS,常采用激光或者冲床、折弯、焊接,按照工艺顺序的联机生产,以获得更高的生产效率(图4)。储存和搬运系统搬运的物料有毛坯板材、工件 夹具、检具和废?#31995;齲?#20648;存物?#31995;?#26041;法有平面布置的?#20449;?#24211;,也有储存量较大的桁道式立体仓库。


4 按照工艺顺序设计的生产线 (剪切、冲床、折弯)

  毛坯板材一般先由工人装入料库的专用?#20449;?#19978;,并储存在自动仓库?#26800;?#29305;定区域内,然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道式台车和传送滚筒适用于按工艺顺序排列设备的FMS,自动引导台车搬送物?#31995;?#39034;序则与设备排列位置无关,具有较大灵活性。工业机器人可在有限的范围内为1~3台机床输送和装卸工件,对于较大的工件常利用?#20449;?#33258;动?#25442;?#35013;置(如AGV)来传送,?#37096;?#37319;用在轨道上行走的机器人,同时完成工件的传送和装卸。


FMS信息控制系统的结构组成形式很多,但一般多采用群控方式的递阶系统。第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC),实现各部份过程的控制;第二级为群控计算机,负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息,分配给第一级中有关设备的数控装置,同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机;第三级是FMS的主计算机(控制计算机),其功能是制订生产作业计划,实施FMS运行状态的管理?#26696;?#31181;数据的管理;第四级是全厂的管理计算机。


性能完善的软件是实现FMS功能的基础,除支持计算机工作的系统软件外,数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件,大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、计划管理软件(调度管理、质量管理库存管理、工装管理等)和数据管理软件(仿真、检索和各种数据库)等。

为保证FMS的连续自动运转,须对刀具或切割过程进行监视,可能采用的方法有:测量机?#20179;?#36724;电机输出的电流功率或主轴的扭矩;利用传感器拾取刀具破裂的信号;利用接触测?#20998;?#25509;测量刀具的?#24230;?#23610;寸或工件加工面尺寸的变化;累积计算刀具的切削时间以进?#26800;?#20855;寿命管理。?#36865;猓?#36824;可利用接触测头?#24202;?#37327;


柔性制造系统按机床与搬运系统的相互关系可分为直线型、循环型、网络型和单元型。加工工件?#20998;?#23569;、柔性要求小的制造系统多采用直线布局,虽然加工顺序不能改变,但管理容易;单元型具有较大柔性,易于扩展,但调度作业的程序设计比较复杂。柔性制造系统未来发展将各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS;完善FMS的自动化功能;扩大FMS完成的作业内容,并与计算机辅助设计和辅助制造技术相结合,向全盘自动化工厂方向发展。


柔性制造系统关键技术

在进行柔性制造系统的设计、规划时,主要涉及以下几个关键技术,包括:柔性制造系统的监控和管理系统,柔性制造系统的物流系统,柔性制造系统的刀具传输和管理系统,柔性制造系统的联网技术,柔性制造系统的辅助系统设计等。


柔性制造系统发展趋势

柔性制造系统的发展方向是:各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS发展很快,这是发展成大规模FMS的重要起点。FMS的自动化功能完善化,如机器视觉技术开?#21152;?#20110;工具预调、工件识别和加工过程的监视,设备的自动诊断和自动?#25351;?#21151;能不断增强等。FMS完成的作业内容日益扩大,并与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合,向全盘自动化工厂方向发展。

柔性制造总的趋势是,生产线越来越精简,中间库存越来越少,场地利用率越来越高,成本越来越低;生产周期越来越短,?#25442;?#36895;度越来越快;各类损耗越来越少,效率越来越高。可见,实现柔性制造可以大大地降低生产成本,强化企业的竞争力。


结束语

随着日本三菱自动化新一代网络协议CC-Link IE TSN的发布,在全球率先将千兆以太网带宽与时间敏?#22411;?#32476;(TSN) 相结合,在确保控制数据通信实时性的同时,实现在同一个网络中与其他开放式网络、以及与IT系统的数据通信,支持FA与IT的有效融合。TSN是IEEE以太网相关标准的补充,适用于各种开放式工业网络?#23567;C-Link IE TSN 使用时间分割和时间同步的方式,实现了控制信息通信(确保实时性)和管理信息通信(非实时通信)的共存,为实现智慧工厂提供了技术保障.


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