制造技术总是在市场需求及科技发展这两方面的推动下不断演化着，当前制造技术的前沿已经发展到：以信息密集的柔性自动化生产方式满足多品种、变批量的市场需求，并开始向知识密集的智能自动化方向发展。
　　一、柔性制造系统（FMS）
　　1．概述
　　成组技术能解决外形结构和加工工艺相差不大的工件的加工，但它不能很好地解决多品种、中小批量生产的自动化问题。
　　随着科技、生产的不断进步，市场竞争的日趋激烈，以及人们生活需求的多样化，产品品种规格将不断增加，产品更新换代的周期将越来越短，无论是国际国内，多品种、中小批量生产的零件仍占大多数。为了解决机械制造业多品种、中小批量生产的自动化问题，除了用计算机控制单个机床及加工中心外，还可借助于计算机把多台数控机床联接起来组成一个柔性制造系统。
　　柔性制造系统（FMS——Flexible Manufacturing System）就是由计算机控制的、以数控机床设备为基础和以物料储运系统连成的、能形成没有固定加工顺序和节拍的自动加工制造系统。它的主要特点是：
　　⑴ 高柔性  即具有较高的灵活性、多变性，能在不停机调整的情况下，实现多种不同工艺要求的零件加工和不同型号产品的装配，满足多品种，小批量的个性化加工需求。
　　⑵ 高效率  能采用合理的切削用量实现高效加工，同时使辅助时间和准备终结时间减小到最低的程度。
　　⑶ 高度自动化  加工、装配、检验、搬运、仓库存取等，使多品种成组生产达到高度自动化，自动更换工件、刀具、夹具，实现自动装夹和输送，自动监测加工过程，有很强的系统软件功能。
　　⑷ 经济效益好  柔性化生产可以大大减少机床数目、减少操作人员、提高机床利用率，可以缩短生产周期、降低产品成本，可以大大削减零件成品仓库的库存、大幅度地减少流动资金、缩短资金的流动周期，因此可取得较高的综合经济效益。
　　2．FMS系统的组成
　　一个柔性制造系统可概括为由以下三部分组成，即多工位数控加工系统、自动化的物料储运系统和计算机控制的信息系统，如图8-14所示。

　　图8-14  FMS系统构成图
　　⑴ 加工系统  加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常由若干台加工零件的CNC机床和CNC板材加工设备以及操纵这种机床要使用的工具所构成。在加工较复杂零件的FMS加工系统中，由于机床上机载刀库能提供的刀具数目有限，除尽可能使产品设计标准化，以便使用通用刀具和减少专用刀具的数量外，必要时还需要在加工系统中设置机外自动刀库以补充机载刀库容量的不足。
　　⑵ 物流系统  FMS中的物流系统与传统的自动线或流水线有很大的差别，整个工件输送系统的工作状态是可以进行随机调度的，而且都设置有储料库以调节各工位上加工时间的差异。物流系统包含工件的输送和储存两个方面。
　　1）工件输送包括工件从系统外部送入系统和工件在系统内部传送两部分。目前，大多数工件的送入系统和在夹具上装夹工件仍由人工操作，系统中设置装卸工位，较重的工件可用各种起重设备或机器人搬运。工件输送系统按所用运输工具可分成自动输送车、轨道传送系统、带式传送系统和机器人传送系统四类。
　　2）工件的存储。在FMS的物料系统中，设置适当的中央料库和托盘库及各种形式的缓冲储存区来进行工件的存储，保证系统的柔性。
　　⑶ 信息系统  信息系统包括过程控制及过程监视两个子系统，其功能主要是进行加工系统及物流系统的自动控制、以及在线状态数据自动采集和处理。FMS中信息由多级计算机进行处理和控制。
　　3．FMS的类型及其适应范围
　　柔性制造系统一般可以分为柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造生产线和无人化工厂几种类型。
　　⑴ 柔性制造单元（flexible manufacturing cell—FMC）  由1、2台数控机床或加工中心，并配备有某种形式的托盘交换装置，机械手或工业机器人等夹具工件的搬运装置组成，由计算机进行适时控制和管理。是一种带工件库和夹具库的加工中心设备，FMC能够加工多品种的零件，同一种零件数量可多可少，特别适合于多品种、小批量零件的加工。
　　⑵ 柔性制造系统（flexible manufacturing system—FMS）  柔性制造系统由两个以上柔性制造单元或多台加工中心组成（4台以上），并用物料储运系统和刀具系统将机床连接起来，工件被装夹在随行夹具和托盘上，自动地按加工顺序在机床间逐个输送。适合于多品种、小批量或中批量复杂零件的加工。柔性制造系统主要应用的产品领域是汽油机、柴油机、机床、汽车、齿轮传动箱，武器等。加工材料中铸铁占的比例较大，因为其切屑较容易处理。
　　⑶ 柔性生产线（flexible manufacturing line—FML）
　　零件生产批量较大而品种较少的情况下，柔性制造系统的机床可以完全按照工件加工顺序而排列成生产线的形式，这种生产线与传统的刚性自动生产线不同之处在于能同时或依次加工少量不同的零件，当零件更换时，其生产节拍可作相应的调整，各机床的主轴箱也可自行进行更换。较大的柔性制造系统由两个以上柔性制造单元或多台数控机床、加工中心组成，并用一个物料储运系统将机床连接起来，工件被装夹在夹具和托盘上，自动地按加工顺序在机床间逐个输送。根据加工需要自动调度和更换刀具，直至加工完毕。
　　⑷ 无人化自动工厂（automation factory—AF）  在一定数量的柔性制造系统的基础上，用高一级计算机把它们联结起来，对全部生产过程进行调度管理，加上立体仓库和运用工业机器人进行装配，就组成了生产的无人化工厂。日本近年来出现了采用柔性制造系统的无人化工厂。无人搬运车从原材料自动仓库将毛坯运至加工站，然后由机械手完成机床工作地的装卸工作。机床在加工过程中有监视装置。加工完毕后转入零件和部件自动仓库，并能自动完成产品的装配工作。对这种工厂来说，由于生产的高度自动化，白天在车间中只有几十名工人，夜班时在车间中没有工人，只有一个人在控制室内，而所有机床能在夜间无人照管下加工零件。这样在一天24小时中机床的可用时间接近100％，而机床的实际利用率平均达到65~70％。结果在这一面积仅20000m2的工厂中，每月生产100台机器人、75台加工中心和75台线切割机床．可见它显著地提高了投资效益。
　　应当指出，柔性制造系统的投资是很大的。柔性制造系统带来的经济效益如减少机床数，减少操作人员，提高机床利用率，缩短生产周期，降低产品成本等是巨大的。但上述经济效益能否使投资在短期内回收，将是采用柔性制造系统进行决策的一个重要依据。因而国外从70年代起就一直在研究和开发柔性制造系统的模拟技术，使在新系统建立（或老系统的改造）之前，借助于计算机上的系统模拟，以便找到最优的系统构成。
　　4．FMS中的机床设备和夹具
　　⑴ 加工设备  FMS的机床设备一般选择卧式、立式或立卧两用的数控加工中心（MC）。数控加工中心机床是一种带有刀库和自动换刀装置（ATC）的多工序数控机床，工件经一次装夹后，能自动完成铣、镗、钻、铰等多种工序的加工，并且有多种换刀和选刀功能，从而可使生产效率和自动化程度大大提高。
　　在FMS的加工系统中还有一类加工中心，它们除了机床本身之外，还配有一个储存工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。当在这类加工中心机床上加工完一个工件后，托盘交换装置便将加工完的工件连同托盘一起拖回环形工作台的空闲位置，然后按指令将下一个待加工的工件/脱盘转到交换装置，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧以待加工。这类具有储存较多工件/托盘的加工中心是一种基础形式的柔性制造单元（FMC）。
　　FMS对机床的基本要求是：① 工序集中；② 易控制；③ 高柔性度和高效率；④ 具有通信接口。
　　⑵ 机床夹具  目前，用于FMS机床的夹具有两个重要的发展趋势：
　　1）大量使用组合夹具，使夹具零部件标准化，可针对不同的服务对象快速拼装出所需的夹具，使夹具的重复利用率提高；
　　2）  开发柔性夹具，使一套夹具能为多个加工对象服务。
　　5．自动化仓库
　　FMS的自动化仓库与一般仓库不同。它不仅是储存和检索物料的场所，同时也是FMS物料系统的一个组成部分。它由FMS的计算机控制系统所控制，从功能性质上说，它是一个工艺仓库。正因为如此，它的布置和物料存放方法也以方便工艺处理为原则。目前，自动化仓库一般采用多层立体布局的结构形式，所占用的场地面积较小。
　　6．物料运载装置
　　物料运载装置直接担负着工件、刀具以及其他物料的运输，包括物料在加工机床之间，自动仓库与托盘存储站之间以及托盘存储站与机床之间的输送与搬运。FMS中常见的物料运载装置有传送带、自动运输小车和搬运机器人等。
　　7．刀具管理系统
　　刀具管理系统在FMS中占有重要的地位，其主要职能是负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提供所需的刀具，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或耐用度已耗尽的刀具，在保证正常生产的同时，最大程度地降低刀具的成本。刀具管理系统的功能和柔性程度直接影响到整个FMS的柔性和生产率。典型的FMS的刀具管理系统通常由刀库系统、刀具预调站、刀具装卸站、刀具交换装置以及管理控制刀具流的计算机组成。
　　8．控制系统
　　控制系统是FMS的核心。它管理和协调FMS内各项活动，以保证生产计划的完成，实现最大的生产效率。FMS除了少数操作由人工控制外（如装卸、调整和维修），可以说正常的工作完全是由计算机自动控制的。FMS的控制系统通常采用两级或三级递阶控制结构形式，在控制结构中，每层的信息流都是双向流动的。然而，在控制的实时性和处理信息量方面，各层控制计算机又是有所区别的。这种递阶的控制结构，各层的控制处理相对独立，易于实现模块化，使局部增、删、修改简单易行，从而增加了整个系统的柔性和开放性。
　　二、计算机集成制造系统（CIMS）
　　1．CIMS的概念
　　计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的软件系统是分别研制、开发的。生产技术的高度发展要求设计与制造在产品生产中有机结合，实现一体化，从而发展形成集成制造系统。用计算机网络将产品生产全过程的各个子系统有机地集合成一个整体，以实现生产的高度柔性化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本的生产目的，这种系统就是计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system——CIMS）。
　　CIMS的概念包含两个基本观点：
　　⑴ 系统的观点  企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。
　　⑵ 信息化的观点  整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。
　　由此可知，CIMS的内涵可以表述为：C1MS是一种组织、管理与运行企业的哲理，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，借助计算机（硬、软件），使企业产品的生命周期（市场需求分析→产品意义→研究开发→设计→制造→支持，包括质量、销售、采购、发送、服务以及产品最后报废、环境处理等）各阶段活动中有关的人、组织、经费管理和技术等要素及信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动中的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业在市场竞争中立于不败之地。
　　2．CIMS系统的组成
　　CIMS是一项发展中的技术，它的组成还没有统一的模式。但是根据前面所述的概念，可以认为C1MS是由以下六大系统组成的，其相互关系如图8-15所示：
　　1）集成化工程设计与制造系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）；
　　2）集成化生产管理信息系统（CAPM或MIS）；
　　3）柔性制造系统（FMS/FMC）；
　　4）数据库与网络（DB与NW）；
　　5）质量保证系统（QCS）；
　　6）物料储运和保障系统。
　　图8-15  CIMS的基本组成及其相互关系
　　3．C1MS的关键技术
　　⑴ 信息集成  针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化独立制造岛（指由多台机床组成的系统，由于其具有一定的自主性和封闭性，故称之为“独立岛”），实现信息正确、高效的共享和交换，是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。信息集成的主要内容有：企业建模、系统设计方法、软件工具和规范，这是企业信息集成的基础；异构环境下的信息集成。
　　⑵ 过程集成  企业除了信息集成这一技术手段之外，还可以对过程进行重构。产品开发设计中的各个串行过程尽可能多地转变为并行过程，在设计时考虑到下游工作中的可制造性、可装配性，设计时考虑质量（质量功能分配），则可以减少反复，缩短开发时间。
　　⑶ 企业集成  为了充分利用全球制造资源，把企业调整成适应全球经济、全球制造的新模式，CIMS必须解决资源共享、信息服务、虚拟制造、并行工程、资源优化、网络平台等关键技术，以更快、更好、更省地响应市场。
　　实施CIMS要花费巨大的投资，而且需要雄厚的技术基础，包括企业应用CIMS单项技术的水平以及一支强大的技术队伍。它涉及许多工作新技术，除了硬件之外，还需要功能齐全的数据库软件和系统管理软件。
　　CIMS的发展水平和完善程度代表着机械制造业的发展水平。近年来，我国在汽车、民用飞机以及机床生产等行业，已经开始建立CIMS系统，有些系统即将启用，这标志着我国的机械制造水平已发展到了一个新的阶段。