JIT---柔性制造系統(tǒng)
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一、 柔性制造系統(tǒng)的概念
柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)，即Flexible Manufacturing System，英文縮寫為FMS。
它的出現(xiàn)標志了機械制造行業(yè)進入了一個新的發(fā)展階段，克服了原來機械生產(chǎn)線只適合于大批量生產(chǎn)的剛性特征，能夠適應(yīng)中小批量、多品種的柔性生產(chǎn)方式，而且將手工操作減少到最低，具有很高的自動化特征。隨著社會對多品種、中小批量產(chǎn)品的認同，對短生產(chǎn)周期、低制造成本的需求增加，加上微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、機械與控制設(shè)備技術(shù)的日益成熟，柔性制造技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。
二、 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程
1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機床，目標是在無人看管條件下，實現(xiàn)晝夜24小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術(shù)上的困難而未全部建成。
同年，美國的懷特·森斯特蘭公司建成 Omniline I系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設(shè)備適于在少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。日本、前蘇聯(lián)、德國等也都在60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。
1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由1～2臺數(shù)控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。
70年代末期，柔性制造系統(tǒng)在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進入實用階段，其中以由3～5臺設(shè)備組成的柔性制造系統(tǒng)為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。
1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導(dǎo)臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉(zhuǎn)。
這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有柔性制造系統(tǒng)的基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)FMS，使柔性制造系統(tǒng)FMS的設(shè)計思想和技術(shù)成果得到普及應(yīng)用。
迄今為止，全世界有大量的柔性制造系統(tǒng)投入了應(yīng)用，僅在日本就有175套完整的柔性制造系統(tǒng)。國際上以柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)的制成品已經(jīng)占到全部制成品生產(chǎn)的75%以上，而且比率還在增加
三、 柔性制造系統(tǒng)的組成
典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控制加工設(shè)備、物料儲運系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。加工設(shè)備主要采用加工中心和數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的柔性制造系統(tǒng)，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。
為了實現(xiàn)制造系統(tǒng)的柔性, FMS必須包括下列組成部分。
加工系統(tǒng)
柔性制造系統(tǒng)采用的設(shè)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(shù)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。磨損了的刀具可以逐個從刀庫中取出更換，也可由備用的子刀庫取代裝滿待換刀具的刀庫。車床卡盤的卡爪、特種夾具和專用加工中心的主軸箱也可以自動更換。
物料系統(tǒng)
物料系統(tǒng)用以實現(xiàn)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(diào)運和存貯工作,包括各種傳送帶、自動導(dǎo)引小車、工業(yè)機器人及專用起吊運送機等。儲存和搬運系統(tǒng)搬運的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的巷道式立體倉庫。
毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲存在自動倉庫中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動搬運系統(tǒng)根據(jù)物料管理計算機的指令送到指定的工位。固定軌道式臺車和傳送滾道適用于按工藝順序排列設(shè)備的柔性制造系統(tǒng)，自動引導(dǎo)臺車搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無關(guān)，具有較大靈活性。
工業(yè)機器人可在有限的范圍內(nèi)為1～4臺機床輸送和裝卸工件，對于較大的工件常利用托盤自動交換裝置(簡稱APC)來傳送，也可采用在軌道上行走的機器人，同時完成工件的傳送和裝卸。
計算機控制系統(tǒng)
計算機控制系統(tǒng)用以處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息,輸出控制CNC機床和物料系統(tǒng)等自動操作所需的信息。通常采用三級(設(shè)備級、工作站級、單元級)分布式計算機控制系統(tǒng),其中單元級控制系統(tǒng)(單元控制器)是柔性制造系統(tǒng)的核心。
柔性制造系統(tǒng)的信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式很多，比如群控方式的遞階系統(tǒng)。第一級為各個工藝設(shè)備的計算機數(shù)控裝置(CNC)，實現(xiàn)過程的控制；第二級為群控計算機，負責(zé)把來自第三級計算機的
生產(chǎn)計劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時把它們的運轉(zhuǎn)狀況信息上報給上級計算機；第三級是FMS的主計算機(控制計算機)，其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計劃，實施FMS運行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理；第四級是全廠的管理計算機。
系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件用以確保柔性制造系統(tǒng)有效地適應(yīng)中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作,包括設(shè)計規(guī)劃軟件、生產(chǎn)過程分析軟件、生產(chǎn)過程調(diào)度軟件、系統(tǒng)管理和監(jiān)控軟件。
性能完善的軟件是實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)的功能的基礎(chǔ)，除支持計算機工作的系統(tǒng)軟件外，更多數(shù)量的軟件是根據(jù)使用要求和用戶經(jīng)驗所發(fā)展的專門應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件(控制機床、物料儲運系統(tǒng)、檢驗裝置和**系統(tǒng))、計劃管理軟件(調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫存管理、工裝管理等)和數(shù)據(jù)管理軟件(仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫)等。
四、 柔性制造系統(tǒng)的分類
按規(guī)模大小, 柔性制造系統(tǒng)FMS可分為如下三類。
柔性制造單元(FMC)
FMC由單臺帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺以下的CNC機床組成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC的柔性最高,可視為柔性制造系統(tǒng)FMS的基本單元,是柔性制造系統(tǒng)FMS向廉價、小型化方向發(fā)展的產(chǎn)物。FMC問世并應(yīng)用于生產(chǎn)比FMS晚6～8年,現(xiàn)已進入普及應(yīng)用階段。
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(chǎn)線,對物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS，但生產(chǎn)效率更高。FML采用的機床大多為多軸主軸箱的換箱式或轉(zhuǎn)塔式組合加工中心，能同時或依次加工少量不同的零件。FML技術(shù)已日趨成熟,進入實用階段。
柔性制造系統(tǒng)(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(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來,可在不停機情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術(shù)最具代表性的制造自動化系統(tǒng)。值得一提的是由于裝配自動化技術(shù)遠遠落后于加工自動化技術(shù),產(chǎn)品最后的裝配工序一直是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一個瓶頸問題。研制開發(fā)適用于中小批量、多品種生產(chǎn)的高柔性裝配自動化系統(tǒng),特別是柔性裝配單元(FAC)及相關(guān)設(shè)備已越來越廣泛地引起重視。
五、 柔性制造系統(tǒng)的效用
柔性制造系統(tǒng)FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝范圍正在不斷擴大，可以包括毛坯制造、機械加工、裝配和質(zhì)量檢驗等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。
采用FMS的主要技術(shù)經(jīng)濟效果是：能按裝配作業(yè)配套需要，及時安排所需零件的加工，實現(xiàn)及時生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫存量，及相應(yīng)的流動資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動力，在少人看管條件下可實現(xiàn)晝夜24小時的連續(xù)“無人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性
六、 柔性制造系統(tǒng)發(fā)展方向
隨著各種相關(guān)技術(shù)日趨成熟, FMS的柔性也得到了很大提高。早期的FMS旨在降低成本及縮短加工周期,著眼于自動化中的量方面的優(yōu)化，并未考慮質(zhì)方面的優(yōu)化(主要指柔性)。當前,以CIMS為代表的新一代制造業(yè)自動化系統(tǒng)不僅考慮到量優(yōu)化,而且更注重質(zhì)優(yōu)化。
柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⑹牵?br />
(1)加快發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS。
因為FMC的投資比FMS少得多而效果相仿，更適合于財力有限的中小型企業(yè)。多品種、大批量生產(chǎn)中應(yīng)用FML的發(fā)展趨勢是用價格低廉的專用數(shù)控機床代替通用的加工中心。
(2)完善FMS的自動化功能。FMS完成的作業(yè)內(nèi)容擴大，由早期單純的機械加工型向焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄鍛等綜合性領(lǐng)域發(fā)展，另外，F(xiàn)MS還要與計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)(CAD/CAM)相結(jié)合，向全盤自動化工廠方向發(fā)展。