随着市场需求的日益多样化和个性化,传统的铁板钣金件刚性制造模式逐渐难以满足快速变化的生产要求。柔性制造系统(FMS)的出现为铁板钣金件的生产带来了革命性的变革,它将数控技术、计算机技术、自动化技术以及信息技术有机结合,使生产系统能够快速响应市场变化,在不大量更换设备和工装的情况下,高效地生产出多种不同规格和型号的钣金件,实现了生产的灵活性、高效性和智能化,极大地提高了企业的市场竞争力和生产效益。
一、柔性制造系统的组成与架构
加工设备
柔性制造系统中的加工设备主要包括数控折弯机、数控激光切割机、数控冲床等先进的钣金加工设备。这些设备具有高精度、高速度和高自动化程度的特点,能够根据预先编制的数控程序自动完成钣金件的折弯、切割、冲孔等加工工序。数控折弯机通过精确控制折弯角度、折弯力和折弯速度等参数,实现对不同板厚和形状的钣金件的精确折弯。数控激光切割机利用高能量密度的激光束,能够快速、精准地切割出各种复杂形状的钣金件,切割精度可达到毫米甚至微米级,并且具有切割热影响区小、切口光滑等优点。数控冲床则可以在钣金件上高速、准确地冲出各种形状和尺寸的孔,通过更换不同的模具,能够满足多种冲孔需求。这些加工设备在柔性制造系统中相互协作,共同完成铁板钣金件的加工任务。
物料储运系统
物料储运系统是柔性制造系统的重要组成部分,它负责原材料、半成品和成品的存储、搬运和配送。物料储运系统主要包括自动化立体仓库、自动导引车(AGV)、机器人等设备。自动化立体仓库能够高效地存储大量的原材料和成品,通过计算机控制系统实现对物料的自动存储和检索。自动导引车则在生产车间内按照预设的路径自动行驶,将原材料从仓库搬运到加工设备旁,将加工后的半成品或成品搬运到下一道工序或仓库。机器人在物料储运系统中主要用于物料的装卸和搬运,如将钣金件从冲床搬运到折弯机,或从加工设备搬运到检测设备等。物料储运系统的高效运行,确保了柔性制造系统中物料的及时供应和顺畅流转,提高了生产效率,减少了人工干预和物料搬运错误。
计算机控制系统
计算机控制系统是柔性制造系统的核心,它对整个生产过程进行实时监控、调度和管理。计算机控制系统主要包括中央计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、数控系统等。中央计算机负责生产计划的制定、任务分配、设备调度以及数据管理等工作。它根据市场订单和生产库存情况,制定出最优的生产计划,将加工任务分配到各个加工设备,并实时监控生产进度和设备状态。可编程逻辑控制器则主要用于控制加工设备的动作和逻辑关系,如冲床的冲压动作、折弯机的折弯动作等,确保设备的安全、稳定运行。数控系统则是控制数控加工设备的关键,它根据中央计算机下达的加工指令,精确控制加工设备的刀具运动轨迹、加工参数等,实现对钣金件的高精度加工。计算机控制系统通过网络通信技术将各个设备和系统连接在一起,实现信息的实时共享和交互,使整个柔性制造系统能够协调一致地运行。
二、柔性制造系统的工作流程与运行原理
生产计划与任务分配
柔性制造系统的生产过程始于生产计划的制定。中央计算机根据市场订单、库存情况以及设备的生产能力等因素,制定出详细的生产计划,确定需要生产的铁板钣金件的种类、数量、交货时间等信息。然后,将生产计划分解为具体的加工任务,并分配到各个加工设备。在任务分配过程中,中央计算机考虑加工设备的负载均衡、加工工艺的合理性以及物料的配送路径等因素,确保每个加工任务都能在最合适的设备上以最高效的方式完成。例如,对于一些形状复杂、精度要求高的钣金件,优先分配到精度更高的数控加工设备上;对于批量较大的冲孔任务,分配到冲孔速度较快的数控冲床上。
物料配送与加工过程
在生产任务分配完成后,物料储运系统开始工作,将所需的原材料从自动化立体仓库中取出,并通过自动导引车和机器人将其搬运到相应的加工设备旁。加工设备根据数控系统下达的加工指令,开始对钣金件进行加工。在加工过程中,数控系统实时监测加工设备的运行状态和加工参数,如刀具的磨损情况、加工温度、加工精度等,并将这些信息反馈给中央计算机。中央计算机根据反馈信息,对加工过程进行动态调整,如调整加工速度、更换刀具、修正加工参数等,确保加工质量的稳定性和加工过程的顺利进行。例如,当数控激光切割机的激光头功率下降时,数控系统检测到后将信息反馈给中央计算机,中央计算机根据预设的规则,决定是否需要调整激光功率或更换激光头,以保证切割质量不受影响。
质量检测与成品入库
在钣金件加工完成后,需要进行质量检测。柔性制造系统中通常配备有先进的自动化检测设备,如三坐标测量仪、激光检测仪等,这些设备能够快速、准确地检测钣金件的尺寸精度、形状精度、表面质量等指标。检测结果自动反馈给中央计算机,如果检测发现钣金件存在质量问题,中央计算机根据问题的严重程度,决定是对该钣金件进行返工还是报废处理。对于合格的成品,物料储运系统将其搬运到自动化立体仓库中进行存储,等待发货。在整个生产过程中,中央计算机对生产数据进行实时记录和统计分析,如生产效率、设备利用率、产品合格率等,这些数据为生产管理和决策提供了重要依据,有助于企业不断优化生产流程和提高生产效益。
三、柔性制造系统的优势与应用案例
优势体现
柔性制造系统相比传统制造模式具有诸多显著优势。首先,它具有高度的灵活性,能够快速响应市场需求的变化,在短时间内调整生产计划和工艺参数,生产出不同规格和型号的铁板钣金件。这使得企业能够更好地满足客户的个性化需求,提高客户满意度,增强市场竞争力。其次,柔性制造系统提高了生产效率,通过自动化设备的高效协作、物料的快速配送以及计算机控制系统的智能调度,减少了生产过程中的等待时间、搬运时间和调整时间,实现了生产的连续化和高速化。例如,在传统制造模式下,更换一种钣金件的生产可能需要数小时甚至数天的时间来调整设备和工装,而柔性制造系统可以在几分钟到几十分钟内完成切换,大大提高了生产效率。此外,柔性制造系统还提高了产品质量,由于采用了高精度的加工设备、自动化检测设备以及实时的质量监控和调整机制,能够有效减少人为因素导致的质量问题,确保产品质量的稳定性和一致性。最后,柔性制造系统降低了生产成本,虽然柔性制造系统的初始投资较大,但通过提高生产效率、减少废品率、降低库存等方式,从长期来看,能够显著降低企业的总体生产成本,提高企业的经济效益。
应用案例
在汽车制造行业,柔性制造系统得到了广泛应用。例如,某汽车零部件制造企业采用柔性制造系统生产汽车车身的钣金件。该系统集成了数控折弯机、数控激光切割机、数控冲床等加工设备,以及自动化立体仓库、自动导引车和机器人等物料储运设备,并由先进的计算机控制系统进行统一管理。通过该柔性制造系统,企业能够根据不同车型的需求,快速生产出各种形状和尺寸的车身钣金件,并且保证了产品质量的高精度和一致性。