柔性制造系统－控制与管理系统

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FMS的控制与管理系统实质上是实现FMS加工过程及物料流动过程的控制、协调、调度、监测和管理的信息流系统。它由计算机、工业控制机、可编程序控制器、通信网络、数据库和相应的控制与管理软件等组成，是FMs的神经中枢和命脉，也是各子系统之间的联系纽带。
    1．控制与管理系统的基本功能及数据模型
    (1)数据分配功能向FMs内的各种设备发送数据、加工工艺流程、工时标准、生产调度计划、数控加工程序、设备控制程序、工件检验程序等。
    (2)控制与协调功能控制系统内各设备的运行并协调各设备间的各种活动，使物料分配与输送能及时满足加工设备对被加工工件的需求，工件加工质量满足设计要求。
    (3)决策与优化功能根据当前生产任务和系统内的资源状况、决策生产方案、优化资源分配，使各设备达到最佳的使用状态，保证任务的按时、按质完成和以最少的投入获得最大的效益。
    (4)操作支持功能通过系统的人机交互界面，使操作者对系统进行操作、监视、控制和数据输入，在系统发生故障后使系统具有通过人工介入而实现再启动和继续运行。
    为了实现这些功能，FMs必须使它各子系统之间的信息有效合理地流动，所谓信息的流动，实质上就是数据的流动。FMS中共有三种不同类型的数据，即基本数据、控制数据和状态数据。
    基本数据包括FMs有关配置的原始参数和物料的基本数据，如加工设备的类型、编号、规格、能力及数量；刀、夹具的几何尺寸、类型、寿命、精度和相互匹配的对象等。这些数据是在构建FMS时建立的，并随着FMS的使用和扩展而不断被修改和补充。
    控制数据包括有关FMs的加工任务和有关工艺数据，如加工对象、批量、期限等组织控制数据；工艺规程、使用机床、刀具、夹具、量具、工件安装、精度信息及设备控制程序等工艺控制数据。这些数据是运行FMS时建立的。
    状态数据包括FMs的资源利用与系统工作状态数据，如加工设备和运储设备的运行时间、停机时间、故障记录、刀夹具使用状态、刀夹具的地址、刀具使用时间和磨损状况等设备状态数据；毛坯与在制工件的工位、加工时间、存放时间、输送时间以及成品数、废品数等工况统计数据。这些数据主要是在FMs的运行过程中采集的。
    在FMs的运行过程中，上述数据主要以三种形式相互联系，即数据联系、决策联系和组织联系。
    数据联系：当不同功能模块或不同任务需要同一种数据或者有相同的数据关系时，产生数据联系。如编制作业计划、制定工艺规程及安装工件时，都需要基本数据。这就需要把各种必需的数据文件存放在一个相关的数据库中，通过计算机网络实现数据资源的共享，并保证各功能模块能及时迅速地交换信息。
    决策联系：当各功能模块对各自问题的决策相互有影响时，产生决策联系。如工件路径与混流批量等生产过程的优化，这不仅是一种数据联系，更重要的是逻辑和智能的联系。通常借助于仿真模块来实现这种联系。
    组织联系：FMS在运行过程中，需要具有实时动态性和灵活性的组织联系来实现不同时间、不同地点各设备的运作和物料流动的协调，这种联系是在FMs的递阶结构的基础上，通过动态协调和实时调度等功能模块来实现的。
    从信息集成的观点来说，FMs就是在计算机的管理下，通过数据联系、决策联系和组织联系，把制造过程的信息流连成一个有反馈信息的调节回路，从而实现自动控制过程的优化。
2．FMs的控制结构与功能子系统  FMs是一个复杂的制造系统，通常采用递阶控制的方式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理的分解。FMS被划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能。层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控制的难度和控制软件开发的难度。FMs的递阶控制结构一般分为三层。
第一层，系统管理与控制层。这是FMs的系统控制层，它完成按上级下达的计划制定系统内的作业计划，实时分配作业任务到各工作站、点，监控作业任务的执行状况，协调各部门与FMS的工作及相互支援等。
第二层，过程协调与监控层。它主要协调工件在系统中的流动，完成各设备问的交接和系统运行状态的监视与控制、加工程序的分配以及工况和设备运行数据的采集与向上级控制器的报告等。现场操作人员主要通过该层界面实现整个系统的实时运控与现场调度。
第三层，设备控制层。它由加工设备、上下料设备、运储设备的cNC装置和PLC组成。其基本功能是按照上级控制器下达的命令和要求，控制各类设备的运行，完成相应的作业，并把执行情况反馈给上级控制器。
    在上述各层中，数据量从上层到下层逐级减少，而数据传送的时间逐级加快。
    在实际应用中，FMS控制结构体系可根据企业在自动化技术更新方面的发展规划和系统目标而增减层次。如采用：
    1)工作站控制级一设备控制级的两级结构。
    2)单元控制级一工作站控制级一设备控制级的三级结构造粒机。
    3)车间控制级一单元控制级一工作站控制级一设备控制级的四级结构。
    除上述的递阶控制结构外，为经济、合理地实现这些复杂的控制与管理功能，并保证系统建成后能方便地修改和扩展，控制与管理系统的设计与开发还普遍采用功能结构模块化方法。这些功能模块可以是建鱼在递阶控制结构中的某一层，也可以是跨层构建的。常见功能模块(也称功能子系统)见图84。当然这些功能模块并非相互完全独立，而是相对独立相互关联的。制造日程计划制造赍源分配生产作业管理产值利润管理设备运行程序仿真物料交换过程仿真物料需求仿真动态调度仿真生产日程仿真系统启停控制现场调度设备运行程序的分配与传送加工控制与协调检测控制与协调清洗控制与协调装配控制与协调物料存储控制与协调物料输送控制与协调物料交换控制与协调故障维修与恢复毛坯在库管理成品在库管理
在翻品在位管理备运行程序管理刀具预调与刀具补偿管理工件坐标管理设备与刀夹量辅具的基本参数管理设备与刀夹量辅具的使用时间管理设备与刀夹量辅具的精度管理故障历程管理设备H常保养管理系统耗材管理系统运行状态监控设备生产状态监控系统运行环境监控设备与工具使用时间监控物料识别与跟踪物料中转时间监控故障诊断和处理监视检验指标与检验程序生产质量在线检验控{睁I检验结果判定质量分析与统计图8．4 FMs控制与管理的功能子系统8．4柔性制造系统的类型与应用