智能生产系统的组成及结构特点(上)

　　智能生产系统的核心或基础是制造自动化系统(Manufacturing Automation System，MAS)，根据产品工程技术信息、车间层加工指令，结合车间物流和刀具管理系统，完成对零件毛坯加工的作业调度及制造，使产品制造活动得以优化，具有周期短、成本低、柔性高的特点。

　　智能生产系统的组成

　　智能生产系统是工厂信息流和物料流的结合点。在现代企业中，智能生产系统由不同的生产车间组成，车间是智能生产系统的核心。智能生产系统由完成产品制造加工的设备、装置、工具、人员、相应信息、数据以及相应的体系结构和组织管理模式等组成，具体包括车间控制系统、加工系统、物料运输与存储系统、刀具准备与储运系统、检测和监控系统等。

       智能生产系统的结构

　　1)车间控制系统

　　车间控制系统由车间控制器、单元控制器、工作站控制和自动化设备本身的控制器以及车间生产、管理人员组成。

　　根据美国国家标准技术研究所的自动化制造研究实验基地(Automated Manufacturing Facturing Research Facility,AMRF)提出的五层递阶控制结构参考模型，将车间控制系统分为车间层、单元层、工作站层和设备层。

　　车间层是车间控制系统的最高级，主要任务是根据工厂下达的生产计划进行车间作业分解和作业调度，并反馈车间有关的生产信息。车间控制器是车间层控制系统与外界交换信息的核心与枢纽，具有三大功能：

　　①计划：根据MIS下达的主生产作业计划和EDS(工程设计系统)提供的生产工艺信息制订车间某时期内的生产计划。

　　②调度：根据各生产单元的计划完成情况对单元之间的生产任务和资源分配做适当的调整，保证车命任务按期完成。

　　③监控：监视各单元在生产过程中出现的各种异常现象，并将异常信息及时反馈给调度模块，供其决策。

　　单元层同时兼有计划和调度的功能，其控制周期从几小时到几周，完成任务的实的分解、调度、资源需求分析，向工作站分配任务及监控任务的执行情况，并向车间控制器报告作业完成情况和单元状态。单元控制器在向单元内的各加工设备分配任务时，必尔考虑各设备的加工能力和加工任务的均衡分配。单元控制器遇到无法解决的故障时，则向上一级的车间控制器实时反馈信息，进行单元间的任务调整。

　　工作站层负责指挥和协调车间中某个设备小组的活动，如加工工作站、毛坯工作站刀具工作站、夹具工作站、测量工作站和物料存储工作站等。其控制周期可以从几分钟到几小时，其主要功能是根据单元控制器下达的命令完成各种加工准备、物料和刀具好送、加工过程监控和协调、加工检验等工作。

　　设备层包括机床、加工中心、机器人、坐标测量机、自动引导车等设备的控制器。控制周期一般从几毫秒到几分钟，是车间控制系统中实时性要求最高的一级。设备控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、有顺序的简单任务运行各种设备，完成工作站层指定的各类加工、测量任务，并通过各种传感器监控这些任务的执行信息。

　　2)加工系统

　　加工系统是MAS的硬件核心。常见的加工系统类型有：刚性自动线、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性制造线(FML)和柔性装配线(FAL)等。

　　刚性自动线一般由刚性自动化加工设备、工件输送装置、切削输送装置和控制系统等组成。加工设备有组合机床和专业机床，它们针对某一种或某一组零件的加工工艺而设计、制造，可以采用多面、多轴、多刀，对固定一种或少数几种相似的零件同时加工，所以自动化程度和生产效率均很高。应用传统的机械设计和制造工艺方法，采用刚性自动线可以进行大批量生产。但是，其刚性结构导致实现产品品种的改变十分困难，无法快速响应多变的市场需求。

　　柔性制造单元(FMC)由1~3台数控机床或加工中心、工件自动输送及更换系统、刀具存储、输送及更换系统、设备控制器和单元控制器等组成。单元内的机床在工艺能力上通常是相互补充的，可混合加工不同的零件。FMC具有独立自动加工的功能，可实现某些零件的多品种和小批量的加工。FMC具有单元层和设备层两级计算机控制，对外具有接口，可以组成柔性制造系统。

　　柔性制造系统(FMS)是在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成有：自动化加工设备(如数控机床、加工中心、车削中心、柔性制造单元等)、工件储运系统、刀具储运系统、多层计算机控制系统等。

　　此外，FMS的组成还可以扩展为：自动清洗工作站、自动去毛刺设备、自动测量设备、集中切削运输系统、集中冷却润滑系统等。FMS能够根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，具有柔性高、工艺互补性强、可混合加工不同的零件、系统易于局部调整和维护等特点，适合于多品种、中小批量零件的生产。

　　柔性制造线(FML)由自动化加工设备(如数控机床、可换主轴箱机床等)、工件储运系统和控制系统等组成。FML同时具有刚性自动线和FMS的某些特征。在柔性上接近FMS，在生产率方面则接近刚性自动线。

　　柔性装配线(FAL)通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成。装配站可以是可编程的装配机器人、不可编程的自动装配装置和人工装配工位。物料输送装置由传送带和换向机构组成。根据装配工艺流程，FAL将不同的零件或已装配好的半成品输送到相应的装配站。