FMS：赋能“智造”，让加工环节更为柔性

柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS），是由统一的信息控制系统、物料储运系统和数台数控设备组成的，能适应加工对象变换的智能自动化机电制造系统。典型的柔性制造系统一般由加工系统、物流系统、控制系统三部分组成。

FMS的柔性特质

早期，柔性制造系统被应用于机床装备制造行业，解决劳动力不足以及大批量生产的问题。上世纪八十年代，柔性制造系统在日立、丰田、三菱等企业被广泛应用，逐渐在日本普及并开始进入中国企业的视野。现在，已经有越来越多的中国企业开始了解，以及在企业内部实施柔性制造系统。

在计算机支持下，柔性制造系统能适应加工对象的变化，其工作模式主要分为以下三种类型：
柔性制造单元：由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂、工序简单、工时较长、批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。

柔性制造系统：是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂、工序多、批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。

柔性自动生产线：将多台可以调整的机床（多为专用机床）联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。

柔性制造系统技术复杂且高度自动化，它结合了微电子学、计算机和系统工程等技术，能够较为理想地解决机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。相较于常规的制造系统，柔性制造系统具有以下优势：

1）设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍；

2）企业在制品能减少80%左右；

3）生产能力相对稳定。自动加工系统由一台或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力；

4）产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度高，加工形式稳定；

5）运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题；

6）产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要；

7）经济效果显著。采用FMS的主要技术经济效果表现，首先是能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期。其次，能提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积。再次，能减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”。最后，是能提高产品质量的一致性。

为行业“智造”赋能

当前，市场上提供FMS的企业主要有马扎克、Festo、牧野机床、库柏特、通快、格力电器、普什宁江等。本期内容中，我们以马扎克FMS为例，来看看它的应用情况。

在马扎克的产品阵列中，FMS主要包含以下品类：
卧式加工中心FMS生产线：采用卧式加工中心组成FMS生产线是当前较为常用的一种方式，这种方式可以根据产品的种类来进行托盘数量的配置。

五轴加工中心FMS生产线：在单工作的五轴机上延伸出来双工作，再从双工作台上面组建多托盘的FMS生产线，可应对复杂零件的多品种、多批量生产。目前在模具加工和复杂零部加工中应用比较多。

龙门加工中心FMS生产线：由龙门加工中心组成的多托盘系统，在模具加工、热流道、模架行业、装备行业的应用比较多。其特点是可以实现单件加工的无人化生产，但其占地面积比较大。

立式加工中心的FMS生产线：将立式加工中心通过自动化的形式与零点定位系统进行结合，从而实现的FMS生产线。比较显著的结果是立式加工中心实现了FMS生产线方式，那么原有的大量旧设备就可以很好地适应现有的多品种小批量甚至单件生产的方式。

车铣复合机组成的FMS生产线：主要是车铣复合机与单机的桁架系统进行上下料而组成的FMS生产线，托盘系统主要负责物流的输送。

各种设备混合的FMS生产线：有五轴机与卧式加工中心混合、卧式加工中心与复合机混合，以及两款不一样的卧式加工中心混合。

山东三金玻璃机械有限公司是一家为玻璃容器行业提供自动化生产线及玻璃容器成型设备解决方案的企业，公司所需生产的零件种类多、批量小，属于典型的零散型加工模式。因此如何快速完成产线上产品切换，提升加工设备利用率，节约非增值时间，缩短加工工序是其一直以来的诉求。为了满足单元化一键流的生产模式，缩短产品生产周期，三金公司决定改变原有单机生产模式，采用柔性生产线满足高效率、高精度的要求。

2015年，三金公司引进的第一条柔性线是马扎克的HCN10800卧加柔性线，主要用于制瓶机核心部件箱体类零件的加工。自HCN10800卧加柔性线运行以来，三金公司加工时间从单机设备4-6小时/件，缩短为2-3小时/件，零件加工效率提升近3倍，设备利用率从单机仅有40%-50%左右提升至90%，最高可达95%。

此后，三金公司陆续采购了多台马扎克高性能机床及柔性生产线。目前，三金公司已有6条柔性生产线，包括1条HCN10800卧加柔性线，4条HCN6000柔性线，以及国内第一条车铣复合FMS柔性线。该条车铣复合FMS柔性线于2022年底安装完成，包含两台车铣复合加工机床以及28个托盘，托盘可用于工件、手爪以及刀具的存放，兼容60多个零件品种，能够实现自动更换手爪，设备非增值时间近乎为零。由于该条柔性生产线与三金公司单机车铣设备共用加工操作人员，从而进一步节省了人工，大大提高了现有生产效率以及产品加工质量。目前该车铣复合FMS柔性线已进入联机运行阶段，可进一步满足多品种、小批量工件的生产运行，为企业创造更多效益。
（本文综合整理自国际金属加工网、老易说智造公众号）

来源：荣格-《智能制造纵横》

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