智能装备与控制系统是智能生产系统的基础装备，它由若干柔性制造系统FMS组成。按照国家军用标准定义：“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”柔性制造系统有以下特征。

①机器柔性：系统的机器设备具有随产品的变化而加工不同零件的能力。

②工艺柔性：系统能够根据加工对象的变化或原材料的变化而确定相应的工艺流程。

③生产能力柔性：当生产量改变时，系统能及时做出反应而经济地运行。

④维护柔性：系统能采用在线监控方式、故障诊断技术，保障设备正常进行。

⑤扩展柔性：当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大的制造系统。

⑥运行柔性：利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力，以及同样的产品改用不同工序加工的能力。

（1）柔性制造系统的主要功能。

①能自动管理零件的生产过程，自感知加工状态，自适应控制、自动控制制造质量，自动进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输。要做到这些，知识库和专家系统是必不可少的。

②简单地改变加工工艺过程，加载不同的数控程序，改变加工参数就能制造出某一零件族的多种零件。

③在柔性制造系统的线边，设有物料储存和运输系统，对零件的毛坯随行夹具、刀具、零件进行存储，并按照系统指令将这些物流自动化传送。

④能解决多机床条件下零件的混流加工问题，且无须额外增加费用。

⑤具有优化调度管理功能，能实现无人化或少人化加工。

（2）柔性制造系统的分类。

柔性制造系统分为柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）、柔性生产线（FML）三类。

①柔性制造系统。

由3～5台数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成。它能比较完整地完成一组零部件的加工任务。

②柔性制造单元。

可视为一个规模最小的FMS，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存储设备构成。其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应多品种加工甚至单件生产的灵活性。目前已进入普及应用阶段。

③柔性生产线。

由数控机床、工业机器人、专用设备、检测设备组成的自动化生产线，用于少品种、中大批量生产，是相对专用的FMS。其特点是实现生产线柔性化及自动化，如焊接自动线、装配自动线。(www.daowen.com)

（3）柔性制造系统的构成。

典型的柔性制造系统由5个部分组成：智能加工系统、线边仓储和物流系统、智能控制系统、智能调度系统和辅助系统。

①智能加工系统。

智能加工系统随制造工艺的不同而不同，金属切削加工、钣金加工主要使用数控机床、数控加工中心、专用数控机床；焊接、装配主要使用工业机器人、检测设备。

设备的配置按照成组工艺的原理，将形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的零件按加工要求配置成一组设备，让这组零件基本上在一条FMS上完成。这样一个企业会建设若干条FMS，例如回转体加工线、箱体加工线、非回转体加工线、钣金加工线、焊接加工线、装配线等。这些线或制造单元，通过信息物理融合系统CPS实现物与物、物与控制系统、研发设计系统、经营管理系统、制造执行系统的集成，实现智能制造。

②线边仓储和物流系统。

为了让柔性制造系统在无人或少人的环境下工作，一般在FMS线边设小型自动化立体仓库，储存毛坯、零件、随行夹具、刀具等物料；物料配送装置由工件装卸站、托盘缓冲站、工件中间存储站、物料运送装置如传送带、自动运输小车、搬运机器人组成。

物料和位置识别系统可实现物料自动储存和自动配送作业；仓储和物流系统的控制器，接受FMS单元控制器的生产指令，完成移动托盘、装夹毛坯、送机床加工、移动到下道工序、卸载零件、托盘返回等操作，如此循环。

③智能控制系统。

智能控制系统由五级递阶控制系统组成。从上往下依次是工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层，如图6.4-2所示。

图6.4-2　车间递阶控制系统

——工厂层。工厂层由研发设计系统CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM及经营管理系统ERP/CRM/SRM/SCM组成。研发设计系统向智能生产系统传递物料主数据、产品设计图档、加工工艺路线、数控程序、生产准备需求、设计变更信息等。经营管理系统向智能生产系统传递生产指令（物料需要计划经确认的生产订单）、采购供应信息、库存信息、计划变更信息。

——车间层。设置制造执行系统MES，对车间的多条柔性制造系统进行管理和控制，对整个车间的人机料法环进行管理。根据车间作业计划的安排，向柔性制造单元下达生产指令。按生产指令的要求，进行生产技术准备，并向工厂的物流系统下达物料配送要求，将物料送达线边库；将设计图档、工艺文件、数控程序下达单元控制器。经数据采集系统采集实际执行情况，做出智能调度指令。

——单元层。单元控制器负责柔性线内部的管理和控制，按照MES下达的生产指令，获取工艺路径规划、NC程序，进行刀具准备、工装与工件毛坯准备、系统配置与数据核对。执行加工过程的控制：工件装夹，送工件至指定机床，下载数控程序，加工，送工件至下道工序，直至加工完成，卸下工件，托盘返回装夹站。单元控制器在系统加工过程中，依据系统当前的实时状态，对生产活动进行动态优化控制。

——工作站层。制造工作站对机床运行进行控制，物流工作站对线边库存和物流传送进行控制，刀具工作站对刀具刃磨及对刀进行管理和控制。有的系统不设工作站层，将其功能分配到单元层。

——设备层。设备控制器通常由设备制造商提供，运行在设备控制系统上，如数控系统NC、计算机数控系统CNC等。设备控制器的主要功能是对设备进行控制和管理，实现相应的功能。对于集成到FMS中的设备还必须实现与FMS接口功能。

④智能调度系统。

车间智能调度系统分为两级，一级是制造执行系统（MES）。它接受物料需求计划的生产指令，按照车间的生产布局（机群式生产、流水生产）将生产任务分配到机群、FMS、流水生产线。另一级是智能装备与控制层，它的智能调度体现为在一条柔性制造系统（FMS）内部或一条流水生产线内部，将生产任务分配给每台机床，并根据生产任务调度并控制零件的装卡、运输、装载、加工、检验全流程。

⑤辅助系统。

除上面讲的柔性生产系统、线边仓储和物流系统外，为了保障系统的运行，根据加工对象的不同，还需要配备一些辅助系统，如刀具储运、刃磨和对刀系统，夹具、量具储运系统，切屑清理和处理系统等。