人机一体化FMS系统的探讨

作者：中国兵器工业第五八研究所 马云富 谭剑

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 1 引言 随着市场竞争的日趋激烈，各企业都在想方设法适应瞬息万变的市场需求，而制造手段的落后往往是阻碍企业发展的主要瓶颈。在改造传统生产模式的过程中，人们已经认识到采用FMS是一种缩短产品研制周期、提高产品市场竞争力的行之有效的办法。 我国从引进第一条 FMS生产线到现在已有十多年的历史，而我国自行研制成功 FMS也有近十年的历史。但到目前为止，成功应用 FMS的企业却屈指可数，之所以造成这种局面，主要是FMS投资大，大多数企业难以承受。然而，企业确实需要以先进制造技术来改造传统的生产模式，于是出现了准FMS(P—FMS)、经济型FMS等新的生产模式。但这些新的生产模式往往是以去持 FMS的部分功能为代价，例如去掉FMS中的刀具流系统，或者储运系统等等，而没有将人的因素考虑进去。 如何将入团环在 FMS之内，充分发挥人的因素，形成人机一体化的FMS系统，是一项急待研究的课题。虽然人机一体化系统在自动化程度上与FMS相比有所差异。但在功能上和信息的集成上应该说差别不大，综合我国的具体国情，人机一体化 FMS系统在我国改造传统生产模式中将有着广泛的应用前景。 目前，我国学术界在对相关领域的研究中紧跟国际发展趋势，这无疑是需要的。但我们更应看到我国目前企业的实际情况，应结合中国的国情，研究一些低成本、高效率的生产组织模式，为国有大中型企业尽快走出困境提供相应的技术支持。研究人机一体化 FMS系统就是为了达到达一目的。 所谓人机一体化 FMS系统就是将人与系统有机结合，充分发挥人的优势，待条件成熟后再向全自动化的 FMS系统过渡。针对 FMS的特点，人机一体化FMS系统应从以下几个方面进行研究。 2 人机一体化 FMS系统体系结构 P一FMS和经济型FMS系统一般没有将刀具与储运加以考虑，同时也没有将人的因素考虑进去。其原因是目前还没有一套完全适用的人机协同的FMS系统的体系结构，因而不知如何将人有机地溶入到系统中。人机一体化FMS系统体系结构就是代表整个FMS系统各个方面的多视图、多层次的模型的集合，将人的作用贯穿到整个系统，即从“需求定义”一“设计说明”一“实施描述”，每个阶段都有适应其需求的模型，而这些模型中均提出了人的作用。 根据该体系结构构成的人机一体化 FMS系统，在功能和信息的集成等方面可以说与全自动化的 FMS相差无几，而仅由于人工的参与，在信息采集速度上会有所降低。 3 人机一体化 FMS系统单元技术 众所周知，FMS系统一般由运行控制系统、加工系统、刀具流系统、工件运输系统、检测监控系统以及储运系统等组成，在运行控制系统的控制下各分系统自动、协调地工作。 这里所讲的单元技术的研究并不是说如何实现这些分系统，而是如何实现在人参与的条件下，使这些分系统协调地工作，即人机协同因素。要确定在系统中哪些是以人为主完成的任务，哪些是以计算机和机器完成的任务，哪些是人机合作完成的任务，这就是人机一体化FMS系统单元技术研究的内容。为此，人机一体化 FMS系统单元技术应解决的问题如下： 3．1 刀具流系统人机协同 在刀具流系统中，由于换刀机器人造价昂贵，要求定位精度高，所以在实施FMS时，很多情况下都去掉了刀具流系统。然而在 FMS中刀具流系统是一个重要的分系统，刀具信息的不完整性将直接影响运行控制系统的作业调度。利用人来代替换刀机器人，不仅能节约大量投资，而且也能充分发挥人工换刀定位准确这一优势，并能确保刀具信息的完整性。 例如，在一组加工设备旁建立一个刀库，并由一台微机作为虚报换刀机器人和刀具管理站，通过网络与工作站相连接，从而可将刀库中所有刀具的位置以及刀具参数录入到相应的刀具信息库。当系统运行时，该机实时显示系统换刀请求信息，由人工完成相应的换刀动作，换刀之后人工键入确认信息上报系统。 3.2 工件流系统人机协同 工件流系统与实际加工系统有着密切的关系。如采用自动小车交换工件，要求加工设备必须具备双工作台。这不仅给加工设备提出了更高的要求。同时使用自动牵引小车(AGV)一般还需建立相应的托盘缓冲站。由此可见，随着工件流系统的自动化程度的增强，将大幅度增加资金的投入。根据FMS的实际运行情况统计，AGV的故障率较高，一旦出现故障就是系统致命故障，严重影响系统的正常运行。 例如，在人机一体化 FMS系统中，工件流系统采用人工控制的以电瓶车为基型的运输小车，完全可达到所要求的通信能力。小车上可安装相应的显示装置，实时显示对送取零件的站点和顺序，操作者可根据这些显示来完成工件的传达。 3．3 检测监控的入机协同 在 FMS系统中检测监控是对加工产品质量控制的关键，一般采用的方法是利用传感器与仪器仪表。但经常出现虚报、漏报的现象，甚至现在有人提出基于神经网络的方法也未完全解决这一缺陷，因此也就一直未能进入实用阶段。 人机一体化FMS系统中的检测监控系统，可充分利用机器定量感知精确度高和人对复杂现象定性感知能力强的特点，以在线和离线兼顾的方法提高系统信息感知的全面性、可靠性、多维性、准确性，达到提高整个检测检控系统的可控性和可用性。 例如，在加工过程中利用人的定性感，对己明显报废的工件可立即停止机床加工，不需等待该零件加工结束后通过测量才将信息上报，再由运行控制系统来判断该零件是否合格这样一个漫长的过程，而是采用该机床所属的工作站通过人机界面直接将报废信息上报运控系统。 3．4 运行控制的人机协同 运行控制系统是 FMS中的中枢神经系统。它完成系统内部各分系统之间的协调与控制等功能。一般情况下，运行控制系统在某些参数设完后，将在较理想状态下运行，一旦系统发生意外，系统将处于“休眠”状态，要重新“唤醒”，往往需重新启动系统，这给实际应用带来了一定的困难。人机一体化 FMS系统中的运行控制系统可利用人的中枢神经系统，通过对机器、环境所感知信息进行综合处理、判断、决策。向执行系统下达指令或向机器智能决策系统提供必要信息。机器智能决策系统可根据这些综合信息进行复杂数据处理和严密的逻辑推理，向人提供相应的执行信息，也可自动作出必要的决策，驱动控制系统或执行系统执行有关的任务操作。同时也可解决原来对生产计划变更、机床负载、急件插入以及故障处理等再调度的诸多难题。 例如，在加工过程中出现报废、机床出现故障等异常时，系统将提示是否追加产品、变更生产计划、延长交货期、采用加班等信息。此时人就可根据这些提示信息进行判断、决策，系统将根据人的参与，进行相应的逻辑推理，并提供相应的执行信息。若人提供的信息不完全，系统将再次提示，经过如此一个人机协同的过程来确保系统正常运行。 4 人机一体化FMS系统接口技术 从上述单元技术介绍中可以清楚地看到，人机一体化 FMS系统与全自动化的 FMS相比在接口上有着较大的差异。全自动 FMS系统中各分系统之间的接口，一般都是采用相互约定的协议来完成，不需人工参与。例如，加工过程中需将中央刀库的某号刀送到加工中心的某个刀位上，其完成过程是系统将换刀命令下达到刀具流分系统，由该分系统的控制软件命令换刀机器人完成相应的工作。而在人机一体化 FMS系统中，同样一个命令其完成过程就不一样了。由于没有换刀机器人，因此就只能将换刀信息显示在该分系统的控制终端上，由人替代换刀机器人完成相应的换刀动作。为了能达到及时完成换刀过程，避免人忽略终端显示信息，因此接口界面不仅要求友好，易操作，同时还需具有声光提示。接口的设计还需考虑到系统的可扩充性。 5 结束语 人机一体化 FMS系统的研究，充分结合了我国当前的国情，对企业改变传统的生产模式将起到很大的帮助，同时对国防系统研制和加速武器装备更新换代具有重要作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/29/2004)