柔性制造技術(shù)

1、柔性制造技術(shù)    什么是柔性制造技術(shù) 隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化，低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種小批量，更具特色符合顧客個(gè)人要求樣式和功能的產(chǎn)品的需求。90年代后，由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展，制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，技術(shù)日臻成熟。柔性制造技術(shù)已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制發(fā)展重點(diǎn)。 柔性制造技術(shù)也稱<柔性集成制造技術(shù)>，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工

2、程設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。柔性可以表述為兩個(gè)方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量；第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾(如機(jī)器出現(xiàn)故障)情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來(lái)衡量。"柔性"是相對(duì)于"剛性"而言的，傳統(tǒng)的"剛性"自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件，難以應(yīng)

3、付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。柔性主要包括：機(jī)器柔性：當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時(shí)，機(jī)器隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。 工藝柔性：一是工藝流程不變時(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。 產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對(duì)老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。 維護(hù)柔

4、性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。 生產(chǎn)能力柔性：當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。 擴(kuò)展柔性：當(dāng)生產(chǎn)需要的時(shí)候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大系統(tǒng)的能力。 運(yùn)行柔性：利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來(lái)生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。">編輯 柔性制造技術(shù)的特點(diǎn) (1)柔性制造技術(shù)是從成組技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，因此，柔性制造技術(shù)仍帶有成組技術(shù)的烙印另件三相似原則:形狀相似；尺寸相似和工藝相似。這三相似原則就成為柔性制造技術(shù)的前提條件。凡符合三相似相原則的多品種加工的

5、柔性生產(chǎn)線，可以做到投資最省(使用設(shè)備最少，廠房面積最小)生產(chǎn)效率最高(可以混流生產(chǎn)，無(wú)停機(jī)損失)；經(jīng)濟(jì)效益最好(成本最低)。(2)品種中大批量生產(chǎn)時(shí)，雖然每個(gè)品種的批量相對(duì)來(lái)說(shuō)是小的，多個(gè)小批量的總和也可構(gòu)成大批量，因此柔性生產(chǎn)線幾乎無(wú)停工損失，設(shè)計(jì)利用率局。(3)柔性制造技術(shù)組合了當(dāng)今機(jī)床技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、刀具技術(shù)、傳輸技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的精華，具有高質(zhì)量、高可靠性、高自動(dòng)化和高效率。(4)可縮短新產(chǎn)品的上馬時(shí)間，轉(zhuǎn)產(chǎn)快，適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。(5)可減少工廠內(nèi)另件的庫(kù)存，改善產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本。(6)減少工人數(shù)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。(7)一次性投資大。柔性制造技術(shù)的

6、劃分 柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為：1) 柔性制造系統(tǒng)(FMS)關(guān)于柔性制造系統(tǒng)(FMS，F(xiàn)lexible manufacturing System)的定義很多，權(quán)威性的定義有：美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局把FMS定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放在其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。中央計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和傳輸系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)有時(shí)可同時(shí)加工幾種不同的零件。”國(guó)際生產(chǎn)工

7、程研究協(xié)會(huì)指出“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在最少人的干預(yù)下，能夠生產(chǎn)任何范圍的產(chǎn)品族，系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的產(chǎn)品族的限制”。而我國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)則定義為“柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！焙?jiǎn)單地說(shuō)，F(xiàn)MS是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。目前常見(jiàn)的組成通常包括4臺(tái)或更多臺(tái)全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床(加工中心與車削中心等)，由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接起來(lái)

8、，可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代 FMS，日本從1991年開(kāi)始實(shí)施的"智能制造系統(tǒng)"(IMS)國(guó)際性開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，屬于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS預(yù)計(jì)本世紀(jì)十年代后才會(huì)實(shí)現(xiàn)。2) 柔性制造單元(FMC)FMC的問(wèn)世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚68年，F(xiàn)MC可視為一個(gè)規(guī)模最小的FMS，是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由12臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。3) 柔性制造線(FML)它是處于單

9、一或少品種大批量非柔性自動(dòng)線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC機(jī)床；亦可采用專用機(jī)床或NC專用機(jī)床，對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過(guò)程中的分散型控制系統(tǒng)(DCS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化，其技術(shù)已日臻成熟，迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段。4) 柔性制造工廠(FMF)FMF是將多條FMS連接起來(lái)，配以自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整FMF。它包括了CAD/CADM，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動(dòng)化

10、，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。FMF是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及經(jīng)營(yíng)管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng) (IMS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化。柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù) 1) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來(lái)CAD技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù)，該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)，將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖形對(duì)池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描，被掃描到的液面則變成

11、固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動(dòng)地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時(shí)內(nèi)便可制出精確的原型。它有助于加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。2) 模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開(kāi)發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)習(xí)功能，可在控制過(guò)程中不斷獲取新的信息并自動(dòng)地對(duì)控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。3) 人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問(wèn)題(如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、監(jiān)視、修

12、復(fù)、命令及控制等)。由于專家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的理論與通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)了柔性。展望未來(lái)，以知識(shí)密集為特征，以知識(shí)處理為手段的人工智能(包括專家系統(tǒng))技術(shù)必將在柔性制造業(yè)(尤其智能型)中起著日趨重要的關(guān)鍵性的作用。目前用于柔性制造中的各種技術(shù)，預(yù)計(jì)最有發(fā)展前途的仍是人工智能。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)初，人工智能在柔性制造技術(shù)中的應(yīng)用規(guī)模將在比目前大4 倍。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。在制造過(guò)程，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵(lì)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)

13、其參數(shù)，以達(dá)到最佳工作狀態(tài)，具備自組織能力。故IMT被稱為未來(lái)21世紀(jì)的制造技術(shù)。對(duì)未來(lái)智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能而產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策” 功能。4) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。柔性制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1) FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)這是因?yàn)镕MC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟(jì)效益相接近，更適用于財(cái)力

14、有限的中小型企業(yè)。目前國(guó)外眾多廠家將列為發(fā)展之重。2) 發(fā)展效率更高的FML多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機(jī)等工廠對(duì)的需求引起了FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價(jià)格低廉的專用數(shù)控機(jī)床替代通用的加工中心將是的發(fā)展趨勢(shì)。3) 朝多功能方向發(fā)展由單純加工型FMS進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以焊接、裝配、檢驗(yàn)及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。柔性制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢(shì)，是決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。屆時(shí)，智能化機(jī)械與人之間將相互融合，柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。近年來(lái)，柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)"哲

15、理"和工廠自動(dòng)化的先進(jìn)模式已為國(guó)際上所公認(rèn)，可以這樣認(rèn)為：柔性制造技術(shù)是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)。它作為當(dāng)今世界制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的前沿科技，為未來(lái)機(jī)構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍(lán)圖，將成為21世紀(jì)機(jī)構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。 柔性制造技術(shù)案例分析 ">編輯 案例一:柔性制造技術(shù)在內(nèi)然機(jī)制造方面的應(yīng)用 一、柔性制造技術(shù)在內(nèi)然機(jī)制造方面的應(yīng)用(1)國(guó)外內(nèi)燃機(jī)的制

16、造，對(duì)多品種中小批量生產(chǎn)，大多數(shù)采用工序集中的原則，采用加工中心，數(shù)控機(jī)床，柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。因此，柔性化較高，更換品種的調(diào)整時(shí)間比一般生產(chǎn)線減少75%以上，盡管初期投資大，但總的經(jīng)濟(jì)效益是好的。(2)多品種中大批量生產(chǎn)，采用柔性制造線，生產(chǎn)線主要由換箱、轉(zhuǎn)塔、換刀加工中心，數(shù)控機(jī)床和數(shù)控專用機(jī)床組成。對(duì)換箱加工中心，目前自動(dòng)更換儲(chǔ)貯主軸箱的數(shù)目很多，可由幾個(gè)至十幾個(gè)，所以組合起來(lái)能滿足中大批量多品種加工。(3)多品種大批量生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線。國(guó)外不僅在多品種中大批量的情況下采用柔性生產(chǎn)線，而且在多品種大批量(十幾萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn))的情況下也采用柔性生產(chǎn)線，這種多品種大批量的柔性生產(chǎn)線由計(jì)算

17、機(jī)控制的三座標(biāo)模塊組成，這些專門化的模塊，可以是換刀的、換箱的、也可以是轉(zhuǎn)塔頭的。由三座標(biāo)加工模塊代替組合專用機(jī)床，提高了生產(chǎn)線的柔性，不僅可以適用多品種的輪番生產(chǎn)，還可以混流生產(chǎn)。該類生產(chǎn)線雖然初期投資大，但由于生產(chǎn)線可以滿負(fù)荷生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量可靠，產(chǎn)品質(zhì)量好，故障少，可靠性高，維修費(fèi)用少，因此產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。二、柔性制造在內(nèi)燃機(jī)機(jī)加工技術(shù)的應(yīng)用國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的制造，機(jī)械加工線以自動(dòng)化線和機(jī)械化生產(chǎn)線為主，其中發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和缸蓋的加工以自動(dòng)線為主，曲軸、凸輪軸和連桿等主件以機(jī)械化生產(chǎn)為多，但線上插有工序?yàn)樽詣?dòng)線。柔性生產(chǎn)線基本上尚屬空白。分析其原因，主要是:(1)產(chǎn)品單一。既無(wú)多品種中大批量，也無(wú)多品種中小批量，因此，缺少建設(shè)柔性生產(chǎn)線的必要條件。(2)投資限制。各汽車廠和各內(nèi)燃機(jī)廠幾乎都依賴于向銀行借貸投資，因此投資規(guī)模受到資金來(lái)源和經(jīng)濟(jì)效益雙重限制，不大可能將巨額資金用于純技術(shù)水平的提高上即建設(shè)高技術(shù)的柔性生產(chǎn)線。廠家更多考慮的仍然是建設(shè)規(guī)模。事實(shí)上，在產(chǎn)品單一大量生產(chǎn)時(shí)，國(guó)外也仍然是以自動(dòng)線為主，其原因也是從經(jīng)濟(jì)效益的角度