基于教学实训柔性制造系统的设计与开发

张大舜,李亦楠,赖利国,姜继春,崔万瑞,于永杰

(中国兵器工业集团 第五五研究所，吉林 长春 130012)

基于教学实训柔性制造系统的设计与开发

张大舜,李亦楠,赖利国,姜继春,崔万瑞,于永杰

(中国兵器工业集团 第五五研究所，吉林 长春 130012)

针对某学校柔性制造技术教学环境的构建需求，提出了基于教学实训的柔性制造系统。面向车削中心、立式加工中心、工作站、有轨运输车、无轨运输车、缓冲站以及装卸站等主要部分开展了系统平面布局设计；研究了构成教学实训柔性制造系统的加工、物流和控制3个子系统及具体构成；分析了生产计划与调度技术；开发了包括甘特图、作业计划、计划接收以及完工上报等模块的软件系统；并从经济性与功能性2个方面讨论了系统的优点。

教学实训；柔性制造系统；计划与调度

柔性制造系统是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统,是数字化工厂的制造单元和重要基础。它由2台以上数控设备和自动化物流系统组成，能在计算机系统的控制和管理下，对加工对象、工艺过程、工序内容和生产节拍进行自动调整。柔性制造系统的自动化与柔性化程度较高，适应多品种和小批量生产，并且能够减少机床操作人员，实现无人运转，因此成为机械制造自动化发展的重要方向[1-2]。

针对某学校对柔性制造技术教学环境的实际需求，以改善实践性教学条件，满足教学和科研等不同层次应用为目的，在学校实训中心规划15.9 m×8.1 m区域，建立面向教学实训的简单柔性制造系统。

1 系统布局规划

基于教学实训的柔性制造系统平面布局规划如图1所示[3]，其中，1台车削中心和2台立式加工中心完成主要加工任务；运输小车用于在工件装卸工位和加工中心之间的输送；机器人在单元控制器和机器人控制器直接作用下，执行从车削中心上装卸零件的任务；工件装卸站设置在系统的入口处，便于工件装卸等活动；托盘缓冲站作为待加工零件的中间存储站，设置在各机床附近，呈直线设置。

控制系统由数控车床数控装置、小车控制器、加工中心控制器、机器人控制器和单元控制器等组成，其中，单元控制器负责对单元组成设备的控制、调度与信息交换。

2 系统组成结构

基于教学实训的柔性制造系统组成结构如图2所示，包括加工、物流及控制系统[4-5]。

1)FMS加工系统。其主要用来完成物流子系统传送来的各种工件的加工。加工设备包括2台立式加工中心与1台车削中心，分别实现箱体类零件与回转体类零件加工的演示教学。3台设备均由计算机控制，零件改变通过数控程序变化实现加工，具有较高的柔性。

2)FMS物流运储系统。其用于实现材料/半成品/成品等工件、刀具/夹具等工具以及辅助材料等的运输与存储。

图1 柔性制造系统平面布局图

图2 柔性制造系统组成结构

3)计算机控制系统。FMS的控制系统通常采用单元控制级、工作站控制级和设备控制级的3级控制，考虑该教学实训系统相对较为简单，因此将控制系统分为2级，分别是单元控制级和设备控制级。

系统的具体构成见表1。

表1 柔性制造系统构成明细

3 系统的生产计划与调度

基于教学实训的柔性制造系统的运行管理通过软件系统实现，其核心为FMS生产计划与调度技术。生产作业计划的主要任务是在接受任务号、零件数量、零件类型、毛坯到达最早时间、任务交货期、毛坯供应量、零件交货量以及任务优先级等输入后，进行输入分析、计划制定以及系统能力平衡的调整。其主要过程如图3所示。

图3 柔性制造系统生产作业计划过程

在柔性制造系统计划调度过程中，当出现急件插入、任务严重拖期和设备故障等情况时，当前的作业计划已和实际不相符合，此时应及时上报系统的在制任务信息，进行作业计划调整，形成符合实际情况的生产作业计划[6]。

生产计划与调度系统包括甘特图、作业计划、计划接收和完工上报等主要模块，反映作业计划情况的甘特图与派工单如图4所示。

图4 反映作业计划情况的甘特图与派工单

4 结语

基于教学实训的柔性制造系统投入较小，通过利用现有数控设备与购置必要设备相结合来规划实施。本文选用学校现有车削中心和具有交换工作台的立式加工中心，购置了必要的装卸机器人，开发了其他软硬件设施，较好地节约了成本。该系统具有除检测监控系统之外的全部主要功能，包括自动上下料、自动加工、自动运储功能，通过2台立式加工中心反映柔性系统的调度功能，能够向学生充分展示柔性制造系统的自动化和柔性化制造，满足了教学实训要求。

[1] 徐杜,蒋永平,张宪民.柔性制造系统原理与实践[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2] 孙大涌.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3] 戴庆辉.先进制造系统[M].北京:机械工业出版社,2006.

[4] 边境.教学型柔性制造系统[J].制造业信息化,2007,20(1):108-109.

[5] 黎荣,江磊. 开放式数控及柔性制造实验系统的构建[J]. 实验室研究与探索,2010,29(4):131-133.

责任编辑马彤

DesignandImplementationofFlexibleManufacturingSystembasedonTeachingandTraining

ZHANG Dashun, LI Yinan, LAI Liguo, JIANG Jichun, CUI Wanrui, YU Yongjie

(No.55 Research Institute of CNGC, Changchun 130012, China)

In view of the requirements for teaching environment, the flexible manufacturing system based on teaching and training was proposed in the paper. Aimed at the turning center, vertical machining centre, workstation, rail guided vehicle, automated guided vehicle, buffered station, flexible transport truck, loading and unloading station and so on, the system layout was designed. This system contains three parts including processing subsystem, transmitted subsystem and control subsystem. The subsystems and their composition were researched. The production planning and scheduling system were implemented, and the software system was developed which included Gantt chart, job planning, plan reception, completion report etc. Finally, the paper dealt with the advantage from two aspects of economy and functionality.

teaching and training，flexible manufacturing system，production planning and scheduling

TH 165

：A

张大舜(1981-)，男，副研究员，主要从事设计制造一体化集成和车间数字化制造等方面的研究。

2014-09-09