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1、柔性制造技术的现状与发展趋势柔性制造技术的现状与发展趋势100211203100211203 纪慧纪慧摘要摘要: :随着社会的发展与科技水平的提高，传统的制造技术已经不能满足人们日益增长的生活需求，许多人对产品的样式和功能都有了更高层次追求。在计算机技术、微电子技术、机械制造自动化技术与通信技术日趋成熟的今天，柔性制造技术已经在国内外得到了广泛的认可并有着良好的发展趋势。关键词关键词: :柔性 制造 发展引言：引言：近年来，柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、
2、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。实现了按端口、MAC 地址、应用等来划分虚拟网络，有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。 一、基本概念一、基本概念1、柔性：所谓“柔性” ，即灵活性，是一个柔性制造设备或系统应付各种可能变化或新情况的“应变”能力，可以表述为两个方面：第一个方面是系统适应外部环境变化的能力，可以用系统能够满足新产品要求的程度来衡量；第二个方面是系统适应内部变化的能力，可以用在有干扰(如机器出现故障)情况下，系统的生产率与
3、无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量，主要表现在:生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换。对加工产品的批量可根据需要迅速调整。对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产。可迅速而有效地综合应用新技术。对用户、贸易伙伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速做出反应。采用柔性制造技术的企业，平时能满足品种多变而批量很小的生产需求，战时能迅速扩大生产能力，而且产品质优价廉。 柔性主要包括：机器柔性。当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。工艺柔性。一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。产
4、品柔性。一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。维护柔性。采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。生产能力柔性。当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。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，构成一个更大系统的能力。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和同样的产品，换用不同工序加工的能力。2、柔性制造技术：柔性制造技术也称柔性集成制造技术，是现代先进制造技术的统称。柔性制造技术集自动化技术、信息技术和
5、制作加工技术于一体，把以往工厂企业中相互孤立的工程设计、制造、经营管理等过程，在计算机及其软件和数据库的支持下，构成一个覆盖整个企业的有机系统。我们认为凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。柔性制造技术的分类：柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和，按规模大小划分为以下6 种：（1）柔性制造模块（FMM），(FMM)是一台扩展了许多自动化功能（如托盘交换器、托盘库或料库、刀库、上下料机械手等）的数控加工设备。（2） 柔性制造系统（FMS）：关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义有：美国国家标准局把FMS定义为“
6、由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件”。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“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。”简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置
7、和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。FMS 包含2 台以上具有自动刀具交换和自动工件托盘交换装置的数控机床，以加工中心为核心设备，配有自动物料传递和管理系统，如有轨运输小车或自动导引运输小车，并在中央计算机统一控制和管理下，动态地平衡资源地有效利用，具有生产调度和对加工过程的实时监控能力，可动态地实现多种零件族的自动加工。目前，反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。（3） 柔性制造单元（FMC）:FMC可视为
8、一个规模最小的FMS，是FMS 向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它由12 台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性，现已进入普及应用阶段。（4） 柔性制造线（FML）:FML是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床，亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS) 为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，现已进入实用
9、化阶段。（5） 柔性制造工厂（FMF）：FMF是将多条FMS 连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统（CIMS）投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF 将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统（IMS）为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。（6）柔性装配系统(FAS)：由控制计算机、若干工业机器人、专用装配机及自动传送线和线间运载装置(包括AGV、滚道式传送器)组成。用
10、于印刷电路板插装电子器件或各种电动机、机械部件等的自动装配。二、柔性制造系统的优点二、柔性制造系统的优点1、设备利用率高。2、在制品减少80% 左右。3、生产能力相对别的生产技术来说更为稳定。4、产品质量高。5、运行灵活。6、在生产产品的过程中，机器的应变能力比较强。7、经济效果显著。柔性制造技术是一种技术复杂、高度自动化的技术，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。柔性制造技术中的工件输送系统与其他制造技术中的工件输送系统有很大区别，它不是按固定节拍将工件从某一工位输送到下一工位，而是既不按固定节拍又不按固定顺序输送工件，
11、甚至有时是将几种工件混杂在一起输送。在这种系统中一般都设置储料库，以调节各个工位上所需加工时间的差异。三、柔性制造所采用的关键技术三、柔性制造所采用的关键技术1、计算机辅助设计。未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助
12、于加快开发新产品和研制新结构的速度。2、模糊控制技术。模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。3、人工智能、专家系统及智能传感器技术。迄今，柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强
13、了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计近几年内，人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力，故IMT 被称为未来21 世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发
14、展的领域是智能传感器技术，该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它使传感器具有内在的“决策”功能。4、人工神经网络技术。人工神经网络（ANN）是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法，故也是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络将并列于专家系统和模糊控制系统，成为自动化系统中的一个组成部分。四、柔性制造技术的发展与应用四、柔性制造技术的发展与应用柔性制造技术在70年代末开始走出实验室，成为一些先进企业生产线上的主力设备。到1985年，据欧洲经济委员会的统计，全世界已有349套FMS在运行。据国际应用系统研究所（ITASA）统计，到1988年全世界已拥有760套FMS。据
15、有关统计，20世纪末，已有2000套投入使用，美国、日本、前苏联、德国等发达国家先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。我国第一套FMS系统是由北京机床研究所于1985年十月开发的用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘和壳体的JCS-FMS-1。1985年后，国家机电部“七五”重点科技攻关项目的支持和国家863发展计划自动化领域的工作带动下，FMS得到了极大重视和发展，进入自行开发和国外进口的交叉阶段。五、柔性制造技术的新发展五、柔性制造技术的新发展柔性制造技术在各工业发达国家已经得到广泛的生产应用，数控机床、加工中心、柔性制造单元(FMC)，柔性制造系统(FMS)应用日益广泛，
16、计算机集成制造(CIM)将使生产的设计、制造、管理、供销、财务都用计算机统一管理，实现工厂的全盘计算机管理的自动化。在20世纪80年代CIMS呼声甚高，认为是机械制造的发展方向，但按这种概念建立CIMS 需要极大的硬件投资和很长的开发建设时间。由于技术的飞跃发展，过分强调统一管理，无法适应多变的生产。因此现在CIMS 的概念必须更新，要有更多的灵活性，才能适应迅速多变的生产。CAD/CAM一体化技术的发展应用，大大缩短了产品的研制开发周期，同时也促进了设计思想的变化。面向制造的设计(DFM)思想现已被更多的人接受，在保证产品性能要求的前提下大大减少了制造成本，并行工程是将设计、工艺准备、加工制造、装配调试工作从串联作业改为前后衔接的并行作业，大大缩短了生产周期。敏捷制造技术将柔性自动化技术发展到一个新高度。由于因特网的发展，就有可能将不同的工厂的生产有机地组织起来，发挥各自的特长进行合作生产。敏捷制造技术主要包括三部分内容:1)基层单位的计算机管理和自动化。但这里不强调全盘自动化，在用计算机管理更经济时就采用自动化，否则就由人参加。2)计算机仿真和虚拟制造在新
