教学型柔性制造系统YG-FMS的开发研究
摘要
柔性制造系统(FMS)是集计算机技术、数字控制技术、网络通信技术以及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。自20世纪60年代以来，为满足产品不断更新，适应多品种、小批量生产自动化的需要，柔性制造系统得到了迅速的发展，已成为西方工业国家主流的机械制造装备，它对快速响应市场需求、促进机械制造业的发展和进步发挥了重要作用。
本论文就教学型YG-FMS的研制开发所涉及的FMS系统组成、理论建模、实时通信、调度控制等问题进行了研究和探讨，成功解决了YG-FMS研制过程中系统布局、物料储运、作业计划制定、生产过程监控等关键技术，完成了YG-FMS设计、连线、调试、试运行整个开发研制工作，本论文涉及的主要研究内容包括：
1．应用Petri网数学工具进行系统建模。FMS是一种典型的离散型动态系统，结构组成多样，事件触发频繁，控制对象多，控制信息量大，系统结构复杂。Petri网能方便地描述离散动态系统的并发、冲突、同步等特点，具有直观、简洁、运用方便的特征，因此选用Petri网作为系统的建模工具。
2．采用Profibus现场总线实现系统的实时通信。选择了Profibus现场总线解决YG-FMS单元层与设备层之间的通信问题，论文详细描述了系统实时通信的物理结构、具体技术和实现方法。
3．单元控制器的开发。从单元控制器功能组成出发，对作业计划的制定、生产调度、系统监控等各功能模块进行了设计与开发。
4．通过对一个零件进行实际加工，对系统所具有的功能进行了验证。
最后，提出了系统有待进一步扩展研究的相关问题。本论文研究所涉及的相关技术和方法对生产型FMS的开发设计提供了有益的借鉴。
Flexible Manufacturing System (FMS) is a modern manufacturing technology, which includes computer technologies, numerical control technologies , network communication technologies, modern production management technologies. From nineteen sixties, to satisfy products' ceaseless renewal and adapt the demands for multiple-kind, packaged production, FMS has advanced rapidly and become the major manufacturing equipment in the west industrial countries. It plays an important role in rapidly responding to the requirement of the market and accelerating the development of mechanical manufacturing.
In this paper, the design and development of YG-FMS, a teaching system, are researched and discussed, which involve system architecture , theory modeling , real-time communication , scheduling control. The key techniques about designing system , storing and conveying material, establishing project plans , monitoring production process are resolved successfully. The main study content of the article is as follows:
1. Establishing a system model by using Petri Net. FMS is a typical Discrete Event Dynamic System(DEDS). whose characteristics include various kinds of system frameworks, event triggering frequently , multiple control objects, a large amount of information, a complex system structure. Petri Net can conveniently describe the DEDS characteristics of concurrence , conflict , synchronization and is chosen as the tool of modeling.
2. Realizing system real-time communication by using Profibus. Profibus is chosen to solve the communication problem between cell controller and equipment. The thesis describes the structure and technologies and methods of system real-time communication in detail.
3. Developing cell controller. To consider the functions of cell controller, project
plans' establishment, production scheduling , system monitoring are designed and developed.
4. Validating system functions by practical machining a part.
Finally, the problems about expanding the system are presented. The methods and techniques reported in this thesis could be taken as a useful reference for manufacturing FMSs' design:
本论文就教学型YG-FMS的研制开发所涉及的FMS系统组成、理论建模、实时通信、调度控制等问题进行了研究和探讨，成功解决了YG-FMS研制过程中系统布局、物料储运、作业计划制定、生产过程监控等关键技术，完成了YG-FMS设计、连线、调试、试运行整个开发研制工作，本论文涉及的主要研究内容包括：
1．应用Petri网数学工具进行系统建模。FMS是一种典型的离散型动态系统，结构组成多样，事件触发频繁，控制对象多，控制信息量大，系统结构复杂。Petri网能方便地描述离散动态系统的并发、冲突、同步等特点，具有直观、简洁、运用方便的特征，因此选用Petri网作为系统的建模工具。
2．采用Profibus现场总线实现系统的实时通信。选择了Profibus现场总线解决YG-FMS单元层与设备层之间的通信问题，论文详细描述了系统实时通信的物理结构、具体技术和实现方法。
3．单元控制器的开发。从单元控制器功能组成出发，对作业计划的制定、生产调度、系统监控等各功能模块进行了设计与开发。
4．通过对一个零件进行实际加工，对系统所具有的功能进行了验证。
最后，提出了系统有待进一步扩展研究的相关问题。本论文研究所涉及的相关技术和方法对生产型FMS的开发设计提供了有益的借鉴。
Flexible Manufacturing System (FMS) is a modern manufacturing technology, which includes computer technologies, numerical control technologies , network communication technologies, modern production management technologies. From nineteen sixties, to satisfy products' ceaseless renewal and adapt the demands for multiple-kind, packaged production, FMS has advanced rapidly and become the major manufacturing equipment in the west industrial countries. It plays an important role in rapidly responding to the requirement of the market and accelerating the development of mechanical manufacturing.
In this paper, the design and development of YG-FMS, a teaching system, are researched and discussed, which involve system architecture , theory modeling , real-time communication , scheduling control. The key techniques about designing system , storing and conveying material, establishing project plans , monitoring production process are resolved successfully. The main study content of the article is as follows:
1. Establishing a system model by using Petri Net. FMS is a typical Discrete Event Dynamic System(DEDS). whose characteristics include various kinds of system frameworks, event triggering frequently , multiple control objects, a large amount of information, a complex system structure. Petri Net can conveniently describe the DEDS characteristics of concurrence , conflict , synchronization and is chosen as the tool of modeling.
2. Realizing system real-time communication by using Profibus. Profibus is chosen to solve the communication problem between cell controller and equipment. The thesis describes the structure and technologies and methods of system real-time communication in detail.
3. Developing cell controller. To consider the functions of cell controller, project
plans' establishment, production scheduling , system monitoring are designed and developed.
4. Validating system functions by practical machining a part.
Finally, the problems about expanding the system are presented. The methods and techniques reported in this thesis could be taken as a useful reference for manufacturing FMSs' design:
引文
[1] 徐杜，蒋永平，张宪民．柔性制造系统原理与实践．机械工业出版社
[2] 张培忠主编．柔性制造系统．机械工业出版社
[3] 王隆太主编．现代制造技术．机械工业出版社
[4] 俞圣梅，杜陀．我国FMS技术的发展现状．制造技术与机床．1994年02期
[5] 蒋庆全．FMS的现状及发展趋势．机电一体化．1999年01期
[6] 高春华，李人厚．柔性制造系统的单元控制器．陕西工学院学报．1997．6
[7] 张友良，徐骏善，刘翔．通用单元控制器的研究．高技术通讯．1998．5
[8] 刘延林编著．柔性制造自动化概论．华中理工大学出版社．2001
[9] 《柔性制造系统》编委会．柔性制造系统．兵器工业出版社
[10] 国家自然科学基金委员会[编]．先进制造技术基础．高等教育出版社．1998
[11] 周炳海，蔡建国，施海锋．FMS递阶分布式控制系统建模方法．《机床与液压》．2001．6
[12] 彭观，陈统坚．FMS递阶智能控制系统研究．机床与液压1998年04期
[13] 李宏，张秋菊，牛秀林．FMS布局设计方法研究．组合机床与自动化加工技术．1997年1期
[14] 饶运清，邓建春，李培根．面向对象的FMS机床布局设计．机械设计与制造工程．1999年3期
[15] 周杰韩，黄正波，杨叔子．分布式对象技术与柔性制造系统分布式布局应用．计算机应用．2000年6月
[16] 首钢莫托曼机器人有限公司．MOTOMAN安装手册．首钢莫托曼机器人有限公司．1998
[17] 首钢莫托曼机器人有限公司．MOTOMAN机器人使用说明书．首钢莫托曼机器人有限公司．1998
[18] 首钢莫托曼机器人有限公司．YASNAC XRC操作要领书．首钢莫托曼机器人有限公司．1998
[19] 首钢莫托曼机器人有限公司．YASNAC XRC使用说明书．首钢莫托曼机器人有限公司．1998
[20] 米歇尔·伏尔茨(德)．现场总线技术手册．中国机电一体化技术应用协会现场总线专业委员会
[21] 西门子公司．SIMATIC WinAC Basis视窗自动化中心．2001．8
[22] 西门子公司．SIMATIC WinCC V5.0速成手册．2001．5
[23] 西门子公司．SIMATIC STEP7 V5.0使用入门．1998
[24] 西门子公司．SIMATIC STEP7 V5.1编程．1998
[25] 李培根．制造系统性能分析建模—理论与方法．华中理工大学出版．1998．6
[26] 林闯著．随机Petri网和系统性能评价．清华大学出版社．2000
[27] 袁崇义著．Petri网原理．电子工业出版社．1998．04
[28] 王永华．现代电气及可编程控制技术．北京航空航天大学出版社．2002
[29] 王红卫编著．建模与仿真．科学出版社．2002
[30] 台方．可编程序控制器应用教程．北京：中国水利水电出版．2001
[31] 李占山．基于Petri网的PLC程序设计．电气传动自动化．2002年02期
[32] 张祥永，陈之龙．PLC在FMS中的应用．微计算机信息．1999年03期
[33] 钟肇新，王灏编．可编程控制器入门教程．华南理工大学出版社．2000
[34] 王仁祥编著．常用低压电器原理及其控制技术．机械工业出版社．2001
[35] 王丰．基于Profibus的PLC控制系统中的网络组态与应用．自动化仪表．2003年6期
[36] 何玉安．顺序功能图编程在PLC编程中的应用．上海应用技术学院学报．2001年12月
[37] 周万珍．PLC分析与设计应用．电子工业出版社．2004
[38] 荣大龙．工控机IPC-PLC-电器控制技术．东南大学出版社．2003
[39] 邓志良，刘维亭．电气控制技术与PLC．东南大学出版社．2002
[40] 张桂香．电气控制与PLC应用．化学工业出版社．2003
[41] 张凤珊．电气控制及可编程序控制器．中国轻工业出版社．2003
[42] 吕岗，谭得健，马方清．现场总线的特点与发展．工矿自动化．2003年4月
[43] 冯冬芹，金建祥．现场总线技术发展回顾．自动化博览．2003年8月
[44] 姚巍编著．Visual Basic数据库开发及工程实例．人民邮电出版社．2003
[45] (美)Wayne S. Freeze著．Visual Basic开发指南．电子工业出版社．2000
[46] 刘炳文编著．Visual Basic 6.0程序设计．人民邮电出版社．1999
[47] 李鸿吉编著．Visual Basic 6.0中文版编程方法详解．科学出版社．2001
[48] 伍俊良编．Visual Basic课程设计与系统开发案例．清华大学出版社．2002
[49] 西门子公司．SIMATIC COMPUTING User Manual．1999
[50] (美)Byron S. Gottfried著．Visual Basic编程习题与解答．机械工业出版社．
[51] 饶运清，邓建春．FMS集成设计系统的研究与开发．华中理工大学学报．1999年05期
[52] 张洁．面向对象的FMS动态调度软件自动生成原理．华中理工大学学报．1997．11
[53] 李宏，王宁生．FMS动态调度程序自动生成原理研究．组合机床与自动化加工技术．1997．3
[54] 张洁，顾健，王宁生．FMS实时调度系统的研究．南京航空航天大学学报．1997年01期
[55] 原清海，严隽琪．FMS调度研究的现状与发展．上海交通大学学报．1998年05期
[56] 李勇鉴．FMS的运行控制系统．航空制造技术．1998年03期
[2] 张培忠主编．柔性制造系统．机械工业出版社
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[39] 邓志良，刘维亭．电气控制技术与PLC．东南大学出版社．2002
[40] 张桂香．电气控制与PLC应用．化学工业出版社．2003
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[48] 伍俊良编．Visual Basic课程设计与系统开发案例．清华大学出版社．2002
[49] 西门子公司．SIMATIC COMPUTING User Manual．1999
[50] (美)Byron S. Gottfried著．Visual Basic编程习题与解答．机械工业出版社．
[51] 饶运清，邓建春．FMS集成设计系统的研究与开发．华中理工大学学报．1999年05期
[52] 张洁．面向对象的FMS动态调度软件自动生成原理．华中理工大学学报．1997．11
[53] 李宏，王宁生．FMS动态调度程序自动生成原理研究．组合机床与自动化加工技术．1997．3
[54] 张洁，顾健，王宁生．FMS实时调度系统的研究．南京航空航天大学学报．1997年01期
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[56] 李勇鉴．FMS的运行控制系统．航空制造技术．1998年03期