和计算机集成制造系统（

21.7.1 柔性制造系统概念及加工特点

柔性制造系统（flexible manufacturing system，FMS）是20世纪70年代末发展起来的先进的机械加工系统，是由一组柔性较大的高效自动化机床组成，加上能自动上下料的工业机器人，以及机床间自动传送工件的装置（如传送带、有轨电车、无人化小车等），便能对多种工件按不同工艺流动路线在系统中进行加工，以便动态地平衡资源的供应，使系统自动地适应零件生产混合变化及生产量的变化，所以称柔性制造系统。

柔性制造系统的适应范围很广，它主要解决了单件小批生产的自动化和中大批多品种生产的自动化。与传统的制造系统比较，具有下列突出的特点。

（1）适应加工零件生产数量和工艺要求的变化。

（2）具有高度的自动化程度、稳定性和可靠性。能实现24h无人自动连续运转。

（3）大大改善操作人员的工作条件。

（4）提高设备的利用率，减小调整、准备等辅助时间。

（5）降低直接劳动成本，提高经济效益。

（6）提高生产率。

21.7.2 柔性制造系统的功能

1.自动完成多品种多工序零件的加工

这是依靠由计算机控制的数控机床群来实现，其中包括自动更换刀具，安装（定位和夹紧）工件，冷却液的自动供应和切屑的自动处理等。

2.自动输送和储料功能

这是由各种自动输送设备（如环形输送托板、传输装置、无轨小车、工业机器人等）和自动化储料仓库（如毛坯仓库、中间仓库、零件仓库、夹具仓库、刀具仓库等）来实现。

3.自动诊断功能

自动诊断功能由系统工况监视功能和指令、恢复功能组成。监视功能又称为监控功能，它是通过各种类型的传感器来测量零件的加工精度，从而控制加工尺寸，监视刀具的磨损以便及时换刀等，以保证加工的顺利进行。指令、恢复功能就是计算机发出工作指令来补偿加工精度，更换磨损刀具等功能。

4.信息处理功能

对所需信息进行综合、控制、包括以下几个方面。

（1）编制生产计划和生产管理程序，进行可变加工，实现均衡生产。

（2）编制数控机床输送装置，储料装置及其他设备的工作程序，从而实现自动加工、自动输送和自动储料。

（3）生产、工程信息的论证及其数据库的建立。

如图21－17所示为一个柔性制造系统的平面布置图，它可加工多种类型箱体并进行组装。系统中的主要设备有自动铣床3台、双面镗床2台，数控车削中心1台、双面多轴钻床1台、单面多轴钻床1台、装配机与测量机各1台、装配机器人1台、物料搬运系统包括主通道和区间通道两种系统。主通道由四轮小车及其拖曳槽沟、传动链等组成；区间通道系统则把工件连同随行夹具一起，从主通道送到机床工作台。

图21－17 柔性制造系统实例

21.7.3 计算机集成制造系统（CIMS）

计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，CIMS）技术开发研究最早的是美国，始于1977年。近年来我国已开始在CIMS方面进行了研究和探索，研制成功的第一个CIMS系统已在试运行阶段。CIMS包括制造工厂的生产、经营的全部活动，应具有经营管理、工程设计和加工制造等主要功能，其中CAD／CAM系统是CMIS系统的核心系统，另外还有经营决策管理系统（BDMS）和柔性制造系统（FMS）。

1.CAD／CAM系统

CAD（computer aided design）系统是一个设计工具，指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。机械制造方面的CAD软件有很多，如Auto－CAD、CAXA二维电子图板、开目CAD等。

CAM（computer aided manufacturing）系统一般是指计算机在产品制造方面有关应用的总称。广义的CAM一般是指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动。包括利用计算机制订工艺规程、工装设计与制造、数控编程、确定工时定额和材料定额以及制定生产作业计划、进行生产控制、质量控制等。狭义的CAM通常仅指利用计算机进行数控程序的自动编制，包括刀具路径的规划、刀具轨迹仿真以及数控代码的生成等。

CAD／CAM系统是一个统一的软件系统，其中CAD系统在计算机内部与CAM系统相连接，能产生一个公用数据库，用于设计和制造全过程，能实现数据的快速交换，大大缩短了从产品基本设想的形成到最后实际产品的制造所需的时间。CAD／CAM软件发展非常快，软件的种类也很多，如Pro／Engineer、UG、SolidWorks、Cimatron、MasterCAM、CAXA制造工程师等。

2.计算机集成制造系统（CIMS）

数控机床能实现了零件部分或全部机械加工过程的自动化；柔性制造系统（FMS）灵活、可变，能适应加工多种产品的自动化生产；CAD／CAM系统则是把所有较低的各级手段集合成为统一的自动化设计与制造过程。这些计算机化的自动化系统或设备，对制造业发展起着至关重要的作用。但是，由于它们大都是单独建立起来的“孤岛”，彼此之间的功能耦合并不紧密，因而会产生各系统间信息和数据的不一致等不应有的矛盾，或者存在不必要的重复劳动（如相同信息的重复输入等），无法做到系统信息和数据处理具有充分的及时性、正确性、一致性和共享性。为了使各部门功能间的信息和数据传递不再需要人的介入，使企业获得更大的整体效益，计算机集成制造系统CIMS就成为当前各先进工业国家研究和发展的主要方向。

计算机集成制造系统CIMS是一个制造工厂全盘集成自动化的设想，即借助于计算机技术，使机械制造过程的各个组成部分（从经营决策、产品开发、生产准备、生产实施到生产经营管理全部过程）有机地结合成一个整体，以实现生产的柔性化、优化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的。它适应未来市场多品种、小批量的需求，可有效缩短生产同期，强化人、生产和经营管理之间的联系，减少在制品，压缩流动资金，从而提高企业的整体效益。

由于CIMS所需投资大，建设周期长，只能总体规划、分步实施。目前，世界上尚无一个真正完善的CIMS。但普遍认为，CIMS是21世纪工厂自动化的方向，是未来工厂的基本模式。