浅谈柔性制造技术的现状及发展

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1、专题研究ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ浅谈柔性制造技术的现状及发展张强重庆工商大学计算机科学与信息工程学院重庆４０００６７摘要：随着社会的进步和生活水平的提高，社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，传统的制造技术已不能满足市场对多品种、小批量、更具特色，符合顾客个人要求样式和功能的产品需求。上世纪９０年代后期，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术，已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。关键词：柔性系统柔性制造技

2、术发展１．基本概念１．１柔性系统柔性系统可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但是，如果只加工一个或几个相类似的零件，价格相当昂贵，难以应付多品种中小批量的生产。一个制造自动化系统的生存

3、能力和竞争能力，在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力，在这方面柔性系统有相当多的优势。柔性系统主要包括：１）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。２）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。３）产品柔性。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。４）维护柔性。采用多种

4、方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。５）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。６）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。７）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，以及生产同样的产品，换用不同工序加工的能力。１．２柔性制造技术柔性制造技术，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。柔性制造技术是技术密集型的技术与市场技术群，我们认为适用于多品种、中小批量（包

5、括单件产品）并侧重于柔性的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为：１）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“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

6、国家标准则定义为“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。目前常见的组成通常包括４台或更多台全自动数控机床（加工中心与车削中心等），由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的ＦＭＳ是第一代ＦＭ

7、Ｓ，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。２）柔性制造单元（ＦＭＣ）ＦＭＣ的问世并在生产中使用约比ＦＭＳ晚６－８年，ＦＭＣ可视为一个规模最小的ＦＭＳ，是ＦＭＳ向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它是由１－２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。迄今已进入普及应用阶段。３）柔性制造线（ＦＭＬ）它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、ＣＮ

8、Ｃ机床；亦可采用专用机床或ＮＣ专用机床，对物料搬运系２００８／５０３９专题研究ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ统柔性的要求低于ＦＭＳ，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生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