柔性自动化系统的设备的选择与配置和总体布局是千变万化的，柔性自动化系统的类型不同，其设备的选择与配置和总体布局是不一样的，需视具体情况而定。

由于柔性制造系统是柔性自动化系统的发展方向，下面以柔性制造系统为例介绍设备的选择与配置和总体布局。

1.加工装备及其配置

1）柔性制造系统对机床的要求

柔性制造系统对集成于其中的加工设备是有一定要求的，不是任何加工设备均可纳入柔性制造系统。

一般来说，纳入柔性制造系统运行的机床主要有以下几个特点：

（1）加工工序集中。

柔性制造系统是适应小批量、多品种加工的高度柔性自动化系统，且造价高昂，这就要求加工工位的数目尽可能少，而且接近满负荷工作状态。

据统计，80%的现有柔性制造系统的加工工位数目不超过10个。此外，加工工位较少，还可减轻工件流的输送负担，所以，同一机床加工工位上的加工工序集中就成为柔性制造系统中机床的主要特征。

（2）控制方便。

柔性制造系统所采用机床的控制系统不仅要能够实现自动加工循环，还要能够适应加工对象的改变，易于重新调整，也就是说要具有“柔性”。

近年来发展起来的计算机数控装置和可编程序控制器，在柔性制造系统的机床和输送装置控制中获得日益广泛的应用。

（3）兼顾柔性和生产率。

为了适应多品种工件加工的需要，不能像大批量生产那样采用为某一特定工序设计的专用机床，但是也不能像单件生产那样采用普通万能机床，这不符合工序集中的原则。

另外，柔性制造系统中的所有装备受到本身数控系统和中央计算机控制系统的调度和指挥，若想实现动态调度、资源共享，提高效率，就必须在各机床之间建立必要的接口和标准，以便准确及时地实现数据通信与交换，使各个生产装备、储运系统、控制系统等协调地工作。

2）选择机床的原则

对于箱体类工件，通常选择立式和卧式机床，以及有一定柔性的专用机床，如可换主轴箱的组合机床和带有转位主轴箱的专用机床等。

对于带有大孔或圆支承面的箱体类工件，也可以采用立式车床进行加工。

对于需要进行大量铣、钻和攻螺纹加工，且长径比又小于2的回转体类工件，通常也可以在加工箱体类工件的柔性制造系统中进行加工。

数控机床的类型很多，如基本形式的卧式或立式三坐标机床，这些机床只加工工件的一个侧面，或者只能对邻近几个面上的一些表面进行加工。采用这类机床一般需要多次装夹才能完成工件各个面的加工。

若在卧式机床上增加一个或两个坐标轴，如称为第四坐标轴的托盘旋转和称为第五坐标轴的主轴头倾斜，就可以对工件进行更多表面的加工。

加工纯粹回转体类工件（杆和轴）时可以把具有加工轴类和盘类工件能力的标准计算机数控装置结合起来，构成一个加工回转体类工件的柔性制造系统。

要在立式机床上实现工件多面加工，必须在基本形式的机床上增加一个可倾式回转工作台。

通常选用五坐标轴机床，这主要是为了满足一些非正交平面内的特殊加工的需要。除上述增加坐标轴的方法外，还可在一套夹具上要装夹多个工件，以提高柔性制造系统的生产能力。

柔性制造系统应能完成某一成组零件族的全部工序的加工，系统内需要配置不同工艺范围和精度的机床来实现这一目标。

最理想的配置方案是所选机床的工艺范围有较大的兼容性，即每道工序有多台机床可以胜任，这样可以有效地避免某个关键工序或某台关键机床成为瓶颈，影响整条生产线的正常作业，可以大大提高装备的利用率，但这样做必然增加每台机床的复杂性，提高柔性制造系统的造价。

3）确定机床种类和数量的方法及步骤

根据给定的技术条件，把要进行的各类操作分派给指定的机床并计算出每种操作的加工时间，确定整个工作量是多少，需要多少台机床，或许还可能因此对选用的方案作出修改。

只有对所规划的机床成本加以估计，才有可能估计出选用的方案的经济性能。如果加工能力低或者经济效果不好，则要对方案另作修改，一直到获得令人满意的结果为止。柔性制造系统的所有加工中心都具有刀具存储能力，采用鼓形、链形等各种形式的刀库。为了满足柔性制造系统内工件品种对刀具的要求，通常要求有很大的刀具存储容量。在一个刀库中有100个以上的刀座是很常见的。这样的容量加上某些大质量的刀具，特别是大的镗杆或平面铣刀，都要求对刀具传送和更换机构的可靠性给予足够的重视。

4）柔性制造系统的机床配置形式

柔性制造系统适用于中小批量生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率，由此产生了互替形式、互补形式以及混合形式等多种类型的机床配置方案。

所谓互替形式就是纳入系统的机床是可以互相代替的。例如，由数台机床组成的柔性制造系统，由于在机床上可以完成多种工序的加工，有时一台机床就能完成箱体类工件的全部工序，工件可输送到系统中任何恰好空闲的加工工位，使系统具有较大的柔性和较宽的工艺范围，而且可以达到较高的装备利用率。

从系统的输入和输出的角度来看，互替形式的机床是并联环节，因此提高了系统的可靠性，即当某一台机床发生故障时，系统仍能正常工作。

所谓互补形式就是纳入系统的机床是互相补充的，各自完成某些特定的工序，各机床之间不能互相替代，工件在一定程度上必须按顺序经过各加工工位。它的特点是生产率较高，对机床的技术利用率较高，即可以充分发挥机床的性能。

从系统的输入和输出的角度来看，互补形式的机床是串联环节，因此降低了系统的可靠性，即当一台机床发生故障时，系统就不能正常工作。

现有的柔性制造系统大多是互替形式的机床和互补形式的机床的混合使用，即柔性制造系统中的一些机床按互替形式布置，而另一些机床则以互补形式布置，以发挥各自的优点。

2.各独立工位及其配置

通常情况下，柔性制造系统具有多个独立的工位。工位的设置与柔性制造系统的规模、类型与功能需求有关。

1）机械加工工位

机械加工工位是指对工件进行切削加工（或其他形式的机械加工）的工位，一般泛指机床。

柔性制造系统的功能主要由它所采用的机床来确定，被确定的零件族通常决定柔性制造系统应包含的机床的类型、规格、精度以及各种类型机床的组合形式。

柔性制造系统中机床的数量应根据各类被加工工件的生产纲领及工序时间来确定。必要时，应有一定的冗余。

加工箱体类工件的柔性制造系统通常选用卧式机床或立式机床，根据工件特别的工艺要求，也可选用其他类型的计算机数控装置。

加工回转体类工件的柔性制造系统通常选用车削机床。(www.daowen.com)

卧式机床和立式机床应具备托盘上线的交换工作台（APC），机床都应具有刀具存储能力，其刀位数应顾及被加工工件混合批量生产时采用刀具的数量。

选择机床时，还应考虑其尺寸、加工能力、精度、控制系统以及排屑装置的位置等。

机床的尺寸和加工能力主要包括控制坐标轴数、各坐标的行程长度、回转坐标的分度范围、托盘（或工作台）尺寸、工作台负荷、主轴孔锥度、主轴直径、主轴速度范围、进给量范围、主电动机功率等。

机床的精度包括工作台和主轴移动的直线度、定位精度、重复精度以及主轴回转精度等。

机床的控制系统应具备上网和所需控制功能。

机床排屑装置的位置将影响柔性制造系统的平面布局，应予以注意。

2）装卸工位

装卸工位是指在托盘上装卸夹具和工件的工位，它是工件进入、退出柔性制造系统的界面。装卸工位设置有机动、液压或手动工作台。通过自动导引运输车可将托盘从工作台上取走或将托盘推上工作台。操作人员通过装卸工位的计算机终端可以接收来自柔性制造系统中央计算机的作业指令或提出作业请求。装卸工位的数目取决于柔性制造系统的规模及工件进入和退出系统的频度。柔性制造系统可设置一个或多个装卸工位，装卸工作台至地面的高度应便于在托盘上装卸夹具及工件。

操作人员在装卸工位装卸工件或夹具时，为了防止托盘被自动导引运输车取走而造成危险，一般在它们之间设置自动开启式防护闸门或其他安全防护装置。

3）检测工位

检测工位是指对完工或部分完工的工件进行检验和测量的工位，对工件的检测过程既可以在线进行，也可以离线进行。在线检测过程通常采用三坐标测量机，有时也采用其他自动检测装置。在计算机集成制造系统环境下，三坐标测量机测量工件的数控机床检测程序可通过CAD/CAM集成系统生成。离线检测工位的位置往往离柔性制造系统较远。

4）清洗工位

清洗工位是指对托盘（含夹具及工件）进行自动冲洗和清除滞留在其上的切屑的工位。对于设置在线检测工位的柔性制造系统，往往也设置清洗工位，将工件上的切屑和灰尘彻底清除干净后再进行检测，以提高检测的准确性。有时，清洗工位还具有干燥（如吹风干燥）功能。当柔性制造系统中的机床本身具备冲洗滞留在托盘、夹具和工件上的切屑的功能时，可不单独设置清洗工位。

3.物料储运系统及其配置

柔性制造系统的物料是指工件（含托盘和夹具）和刀具（含刀具柄部），因此就有工件搬运系统和刀具搬运系统之分。

1）工件搬运系统

工件搬运系统是指使工件（含托盘、夹具）经工件装卸站进入或退出柔性制造系统以及在柔性制造系统内运送的系统。可供选择的工件运送方式有：自动导引运输车运送方式、有轨穿梭车运送方式、环形滚道运送方式、缆索牵引拖车运送方式、行走机器人运送方式、固定导轨式（龙门式）机器人运送方式、无轨吊挂运送方式。

通常，工件的搬运操作由自动导引运输车或有轨穿梭车完成。

有轨穿梭车具有结构原理简单、运行速度快、定位精度高、承载能力大和造价低等特点。

但是，有轨穿梭车只能在固定的轨道上运行，灵活性差，其和轨道离机床较近，使检修作业区较为狭窄，一般适用于机床台数较少（2～4台）且按直线布局的场合。

自动导引运输车目前发展较快，其行走方式主要有固定路径和自由路径两种。

在固定路径中，有电磁感应制导、光电制导、激光制导等多种形式。

在自由路径中，一种方法是采用地面支援系统，如用激光灯塔、超声波系统等产生移动的信号标志进行导引；另一种方法是靠小车上的环境识别装置实现自主行走。

工件在托盘上的夹具中装夹，一般由人工操作。当工件被装夹完毕，操作者通过装卸工位处的计算机终端将操作有关信息向单元控制器反馈，自动导引运输车接收到单元控制器的调度指令后，将工件送到指定地点，即机床、清洗工位、检测工位上的交换工作台或托盘缓冲站。

进行回转体类工件加工的柔性制造系统，除了工件搬运系统之外，还必须采用机器人才能将工件抓往机床。进行钣金加工的柔性制造系统通常采用带吸盘的输送装置搬运钣材。

作为毛坯和完工工件存放地点的仓库分为平面仓库（单层）及立体仓库两大类。

立体仓库可分为多巷道、单巷道堆垛机控制方式，个别也有采用单侧叉式控制方式的。

立体仓库的巷道数及货架数的设置，应考虑车间面积、车间高度、车间中柔性制造系统的数量、各种加工设备的能力以及车间的管理模式等。

在立体仓库中自动存取物料的堆垛机能把盛放物料的货箱推上滚道式输送装置或从其上取走，有时，还与自动导引运输车配合进行物料的传递。

进行钣金加工的柔性制造系统通常带有存放钣材的立体仓库，不设其他缓冲站。

立体仓库的管理计算机具有对物料进/出货架的管理功能以及对货架中物料的检索查询功能。

2）刀具搬运系统

刀具搬运系统是指使刀具（含刀具柄部）经刀具进出站进入或退出柔性制造系统以及在柔性制造系统内运送的系统。可供选择的刀具运送方式有：盒式刀夹-自动导引运输车方式、直线轨道机器人-中央刀库方式、带中间刀具架及换刀机器人的有轨穿梭车方式、龙门式机器人-中间刀库方式、直接更换机床刀库方式。

刀具进入系统之前，必须在刀具准备间内完成刀具的刃磨、刀具刀套的组装、刀具预调仪的对刀，并将刀具的有关参数信息送到柔性制造系统单元控制器（或刀具工作站控制器）中。

刀具准备间的规模和设备配置由柔性制造系统的目标及生产纲领确定。

刀具进出站是刀具进出柔性制造系统的界面。由人工将相应的刀具置于刀具进出站的刀位上，或从刀位上取走退出系统的刀具。

在刀具进出站处，通常设置一个条码阅读器，以识别置于刀具进出站的成批刀具，避免出现与对刀参数不吻合的错误。

换刀机器人是柔性制造系统内的刀具搬运装置，换刀机器人的手爪既要能抓住刀具柄部，又要便于将刀具置于刀具进出站、中央刀库和机床刀库的刀位上或从其上取走。

换刀机器人的自由度数按动作需要设定，既可采用地面轨道，也可采用架空轨道作为换刀机器人纵向移动之用。对于换刀不太频繁的较大型的机床，可在机床刀库附近设置换刀机器手。进入系统的刀具放在托盘上特制的专门刀盒中，由自动导引运输车经刀具进出站拉入系统，然后，换刀机器手将刀具装到机床刀库的刀位中，或从机床刀库的刀位取下刀具放入刀盒中，由自动导引运输车送到刀具进出站退出系统，这样可省去庞大的换刀机器人等刀具搬运系统。

中央刀库是柔性制造系统内刀具的存放地点，是独立于机床的公共刀库，其刀位数的设定应综合考虑系统中各机床刀库的容量、采用混合工件加工时所需的刀具最大数量、为易损刀具准备的姊妹刀具数量以及工件调度策略等。

中央刀库的安放位置应便于换刀机器人在刀具进出站、机床刀库和中央刀库三者中抓放刀具。

4.检测监视系统及其配置

检测监视系统对于保证柔性制造系统各个环节有条不紊地运行起着重要的作用，其总体功能包括工件流监视、刀具流监视、系统运输过程监视、环境参数及安全监视以及工件加工质量监视。