文/张伟·宁夏小巨人机床有限公司总工程师

随着中国制造业的转型升级以及制造业经营环境的变化，对加工领域的自动化制造模式提出了新的需求。传统的自动化方式已经不能适应一些新的情况，比如多品种少批量(或中大批量)加工场合的特点，以及加工信息数据和管理运营之间的交互需求等。而成熟的FMS产品与应用技术，正是解决和适应这种需求的最佳模式。

中国制造业面临的经营环境

l 劳动力的减少

社会老龄化趋势将导致了劳动力的不足，长期积蓄下来的熟练技能传承困难;熟练操作人员以及具备一定加工经验的人员缺乏，导致产品品质的低下。

l 制造成本全球范围内竞争激烈化

其他地区大量廉价劳动力市场;制造业在全球范围内的分布;通过工序分散和人海战术实现量产已难以维持企业利润;发展中国家在产品品质方面迅速提高。

l 超复合化，高速化，自动化的时代已经到来

机床的高性能化，大幅度降低由于误操作导致开动率低下情况的发生;加工程序的复合化、高精度化，以及更为严格的品质要求;由于准备工序的复杂、繁琐化，给操作人员造成很多负担;面对制造业这样的经营环境，充分体现柔性自动化生产的FMS将逐步广泛被使用。

FMS应用特点

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(FMS)。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

柔性制造技术是技术密集型的技术群，它采用了计算机辅助设计，智能控制和传感技术，

人工智能和专家系统等关键技术。FMS柔性线控制器为柔性制造系统总控制中心，通过FMS柔性线控制器(计算机)，进行全系统的控制，可自如地安排生产计划，并能灵活满足生产计划变化的需要。作为自动化，省人化系统，FMS具有以下优势和特点：提高劳动生产率，稳定的质量;应对多种生产形态，省人化、无人化;可灵活应对中批量、大批量、多品种少量、变品种变量的生产系统。

FMS技术发展趋势

1.低成本的初期投资，且便于扩展

从结构设计的优化合理，实现通用的标准化和模块化，既提高生产效率降低了成本，又能便于积木式组合布局和扩展，为FMS的普及应用创造了更好条件。

2.与不同加工设备的兼容性

同一条FMS生产线往往会有多台不同的机床设备完成不同工序，如何将这些不同的机床组合在同一个生产线上，也是目前面临的一个课题，这就突出体现了FMS的可兼容性。

3.高速可靠的运行和易操作维护性

一个具备相当规模水平的FMS生产线，托盘搬运小车的运行速度决定了可以服务机床的台数;托盘输送机构采用高性能AC伺服电机可大幅度减少托盘运输的循环时间，即使是加工时间较短的工件，也能有效降低加工中心的停机时间。另外，装卸料台的操作宜人性和安全性也是重要的方面之一。

4.工厂空间的充分利用

FMS线从平面布置到多层立体式布置，极大的提升了预备托盘的数量，并充分利用了工厂车间的面积。大容量的物料仓储也为更长时间的无人化自动运行具备了更好条件。

5.强大的管理控制平台和软件

FMS柔性制造系统配置必要的控制软件完成基本功能，具有智能刀具寿命管理系统，智能生产管理与调度系统、智能监控系统等现代化生产数字控制系统。网络接口可与用户的计算机网络联网，进行加工程序、加工信息相互传递，整个系统能实现数据共享，数据处理传输高速化。同时，FMS柔性线控制器对加工和运输过程中所需各种信息自动采集、处理、反馈，实现加工系统和物流系统的自动控制和作业协调。

FMS实际应用过程中的几个问题

1.适合FMS形式生产所考虑的主要方面

l 多于两个卡具——因为更换卡具而产生的停机期间会对生产造成显著的影响;

l 周期时间——作为基本原则, 如果每个托盘的周期时间是30min或以上时, 有可能减少配员水平 (参考下面的装载时间);

l 装载时间——为了能够提高生产效率，装载时间应该显著的短于切削时间 (举例来说装载卸载时间如果是5min，与之相对应的托盘切削时间就应该是30min左右);

l 部件类型——就算周期时间很短, 客户仍然能够充分的从其灵活性上获益，可以在不同卡具上加工很多不同种类的部件;

l 加工操作——许多加工操作需要很多不同的机床的行程，从而降低了机床的应用效率。而结合操作在某种程度上可以提高应用效率。同时也能降低操作人员的劳动强度。

2.为保证FMS可靠高效运行的必要功能措施

l FMS柔性制造系统内各加工单元、自动物流传输线、托盘库等由总控制台控制，同时也可单独运行，保证系统停机不停线。

l 零件加工程序可通过使用厂家CAM系统实现加工程序的下载和管理等，同时也可实现后台编辑，根据需要输入FMS柔性制造系统。

l 零件交换和转运依靠托盘作为载体，以实现加工零件的交换和转运。每个托盘设置特定的编码，零件的装夹按托盘编码和零件种类进行，加工零件程序的调用同样按托盘编码和零件种类进行。托盘搬运小车动作根据总控制台发出的指令，可自动识别搬运托盘的正确与否，确保整套系统的正常运行。

l FMS柔性制造系统有足够的静态、动态、热态刚性和稳定的精度保持性，并采用先进技术，保证具有良好的动态品质。重要部位设置完整的自动保护装置，如加工单元、自动传输小车均有托盘在位、身份识别装置等。同时具备齐全的安全门联锁、安全区域检测功能，以及良好的维修特性。

3.FMS生产线的加工零件品质保证

柔性制造技术是从成组技术发展起来的，所以加工零件三相似原则：形状相似;尺寸相似和工艺相似。这成为柔性制造技术的前提条件。

为保证FMS的连续自动运转，须对刀具和切削过程进行监视，可能采用的方法有：测量机床主轴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;利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺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行刀具寿命管理。

自动化的零件在线检测和质量监视系统。通常会采用机内检测和补正系统或机外(线上)检测和补正系统，对零件关键质量特征进行检测和结果记录输出，并实施对工件坐标，刀具数据，甚至是机床热变形等进行计算补正。

五：MAZAK的FMS产品和智能化制造

对自动化加工作出突出贡献的MAZAK公司是世界上应用FMS最成熟、最全面的机床制造商。从1983年开始生产制造，截止2012年已经在全球销售了2000条FMS生产线。正是由于这点,英国首相撒切尔夫人在二十世纪八十年代访问日本时,提出在英国建立MAZAK分公司,全部采用日本MAZAK公司的FMS,英国政府投资500万英镑。另外MAZAK公司率先推出了智能化生产中心--CPC(cyberproductioncenter)。Mazak认为,由于以下五方面的因素,使得机床利用率只有25%。①编程、程序编辑和试切。②测量、输入和管理刀具数据。③由于生产计划改变,机床的重新调整。④对机床生产的数量和运转情况向上级报告和监控。⑤对工件安装方法作出决策和寻找夹具。针对以上五个因素,其CPC中将上述编程、计划管理、刀具管理、远程监控等几个软件模块无缝地集成在一起。称为“数字制造解决方案”(TheDigitalManufacturingSolution)。在数字制造方面，MAZAK公司迄今在世界一直处于行业领先。

(下图是宁夏小巨人机床有限公司加工工厂的FMS实景图片。小巨人公司拥有卧式加工中心FMS线3条，国内第一条大型五面加工机FMS生产线1条;并于2012年正式从MAZAK引入FMS生产制造技术，全面推向国内市场。)

结束语：

柔性制造技术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。届时，智能化机械与人之间将相互融合，柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机械制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机械制造业的主要生产模式。