機(jī)械電子工程柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生背景綜述

1、柔性制造系統(tǒng)(FMS)產(chǎn)生背景的綜述摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)水平的提高，人們更關(guān)注產(chǎn)品的不斷更新和多 樣性，中小批量、多品種產(chǎn)品已成為機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)重要特征；同時(shí)，科學(xué)技 術(shù)的迅猛發(fā)展也推動(dòng)了自動(dòng)化程度和制造水平的提高。這兩個(gè)因素即市場需求的 牽引和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)均促使了柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生，本文即針對(duì)當(dāng)今機(jī)械制造 領(lǐng)域應(yīng)用的柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生背景進(jìn)行綜述。關(guān)鍵字：柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生背景引言柔性制造系統(tǒng)是由若干CNC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， 并能根據(jù)制造任務(wù) 和生產(chǎn)品種的變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng) (Flexible Manufacturing System)，英文縮

2、寫為FMS。它包括多個(gè)柔性制造單元 (FMC)，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 批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。1自20世紀(jì)五六十年代以來，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家與地區(qū)，在達(dá)到了高度工業(yè) 化水平就開始了從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)轉(zhuǎn)化的時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的主要特征是數(shù)字 計(jì)算機(jī)、遺傳工程、光導(dǎo)纖維、激光、海洋開發(fā)等新技術(shù)的日益廣泛深入的應(yīng)用。 估計(jì)在20世紀(jì)末到21世紀(jì)初出現(xiàn)這樣一種新情況，現(xiàn)在已突破的和將要突破的新 技術(shù).會(huì)很快地應(yīng)用于生產(chǎn)或社會(huì)，給社會(huì)生產(chǎn)力帶來新的飛躍，并相應(yīng)地對(duì)經(jīng) 濟(jì)、社會(huì)帶來新變化。對(duì)機(jī)械制造業(yè)來說，對(duì)它的發(fā)展影響最大的就是計(jì)算機(jī)的 應(yīng)用，隨之出現(xiàn)了機(jī)電一體化新概念。

3、如：機(jī)床數(shù)床(NC)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)、 計(jì)算機(jī)直接控制(DNC)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、成組技術(shù) (GT)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助圖形設(shè)計(jì)(CAGD)、工業(yè)機(jī)器 人(ROBOT)等新技術(shù)。由于這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，同時(shí)，國內(nèi)外市場的激烈競爭也促使制造業(yè)以提 高效率和生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本和保障就是交貨作為競爭策略。以剛性自動(dòng)化為 基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)不能適應(yīng)市場競爭對(duì)多品種、中小批量產(chǎn)品的需求，只有一計(jì)算 機(jī)技術(shù)和柔性制造技術(shù)相結(jié)合的柔性制造系統(tǒng)才能適應(yīng)需求。2柔性制造系統(tǒng)是 一種廣義上的可編程的控制系統(tǒng)，它具有處理高布數(shù)據(jù)的能力，具有自動(dòng)的

4、物流， 從而實(shí)現(xiàn)小批量、多品種、高效率的制造，以適應(yīng)產(chǎn)品周期的動(dòng)態(tài)變化。這種技 術(shù)的出現(xiàn)，有多種內(nèi)在的和外部的因素。但最根本的有兩個(gè)，一是市場發(fā)展的需 要；一是科學(xué)發(fā)展到一個(gè)新階段，為新技術(shù)的出現(xiàn)提供了一種可能。3市場的發(fā)展與變化促使傳統(tǒng)生產(chǎn)方式變革當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)面臨著巨大的壓力，必須以低的生產(chǎn)在成本、短的生產(chǎn)周期 開發(fā)更多的新產(chǎn)品，以適應(yīng)市場的多樣性需求和全球范圍內(nèi)的激勵(lì)競爭。本世紀(jì) 初，通過采用自動(dòng)機(jī)或剛性自動(dòng)生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，以達(dá)到提 高生產(chǎn)率，降低成本，提高產(chǎn)量，滿足和擴(kuò)大市場需求。進(jìn)處0年代以后，世界 市場發(fā)生很大的變化，用戶對(duì)產(chǎn)品的需求千變?nèi)f化，而且要求供貨及時(shí)，這

5、是市 場的最新發(fā)展趨勢。起初，這一趨勢主要對(duì)產(chǎn)品裝配領(lǐng)域有影響，往往用大批量 生產(chǎn)出的相同零部件裝配出有所變化的最終產(chǎn)品(如同一類型不同顏色的汽車)， 然而現(xiàn)在的用戶卻需要用不同的零部件形成真正有特色的產(chǎn)品。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，最求多樣化、新穎化成為社會(huì)風(fēng)尚，對(duì) 消費(fèi)品的要求更高，希望產(chǎn)品有自己的特色。目前，每個(gè)制造商都必須迎合顧客 的需求去開發(fā)新產(chǎn)品和組織生產(chǎn)。激烈的競爭是傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生了變 化，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。如汽車只在外觀上不同遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠， 必須有實(shí)質(zhì)的改型。在激烈的競爭中，人們也認(rèn)識(shí)到縮短從訂貨到交貨的周期是贏得競爭的主要 手段。而30年代到50

6、年代建立的單品種生產(chǎn)自動(dòng)線，它有固定的生產(chǎn)節(jié)拍，而且 設(shè)計(jì)復(fù)雜，投資巨大。當(dāng)產(chǎn)品的生命周期結(jié)束而必須生產(chǎn)其他品種時(shí)，對(duì)原有的 制造系統(tǒng)的改造難度相當(dāng)大，改造周期相當(dāng)長，改造費(fèi)用也相當(dāng)昂貴。所以，這 種剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線是無法滿足不同顧客對(duì)產(chǎn)品的不同要求，也無法在激烈的市 場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。市場要求產(chǎn)品的種類越來越多，而每種產(chǎn)品的批量越來越少，這就導(dǎo)致現(xiàn)代 機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中多品種，中小批量生產(chǎn)類型的企業(yè)在數(shù)量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢地 位。多品種中小批量生產(chǎn)在社會(huì)生產(chǎn)總量中所占的比重日益增大，世界機(jī)電產(chǎn)品 中屬于中小批量的產(chǎn)品種數(shù)有60年代占50%左右到80年代上升為85%，產(chǎn)值由占 45%上升為75%。

7、我國機(jī)械制造企業(yè)屬中小批量生產(chǎn)的占企業(yè)總數(shù)的95%左右，它 們絕大多數(shù)在傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式下，處于低效率、長周期、高成本的落后狀態(tài)。市場的變化與發(fā)展促使企業(yè)界尋求一條有效的途徑，來解決多品種、中小批 量生產(chǎn)自動(dòng)化的問題。經(jīng)過幾十年的不懈努力，終于找到了解決這個(gè)問題的金鑰 匙柔性制造系統(tǒng)(FMS)。1科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的變革提供了可能一種新的生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，必須要有技術(shù)的發(fā)展作為基礎(chǔ)和依托。對(duì)機(jī)械制 造來說，影響最大的是電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。50年代數(shù)字 化技術(shù)子啊機(jī)床上開始應(yīng)用，這就是所謂的數(shù)控機(jī)床。幾乎與數(shù)控機(jī)床研制的同 時(shí)，開始了自動(dòng)控制編程的研制，以擺脫手工編程的

8、落后狀態(tài)。1954年，美國麻 省理工學(xué)院完成了第一個(gè)用于零件數(shù)控編程的工具，起名為自動(dòng)編程工具(APT)， 從1965年起，美國又開始研制圖形控制編程，1967年初步完成并投入使用，從而 解決了APT語言編程存在的基本問題。70年代，隨著處理機(jī)的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床進(jìn) 一步迅速發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，它是獨(dú)立的自適應(yīng)的自動(dòng)化機(jī)床。有了 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，又有了自動(dòng)編程手段，使中小批量的外形復(fù)雜零件的自動(dòng)化加 工問題得以解決，提高了生產(chǎn)率和加工精度，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，使機(jī)床趨于 “柔性化”。60年代初，美國首先研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，為完善解決加工過程中物料 搬運(yùn)自動(dòng)化，為解決單調(diào)、笨重、危險(xiǎn)、有

9、害和超過人能勝任的極限環(huán)境下作業(yè) 自動(dòng)化，特別是轉(zhuǎn)配自動(dòng)化提供了現(xiàn)實(shí)的可能性。60年代末期開始研究的計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)，其基本功能在于工藝路線 所設(shè)計(jì)、每道工序的詳細(xì)設(shè)計(jì)、切削用量的選擇、時(shí)間定額的制定等等。盡管由 于零件形狀的復(fù)雜性和加工技術(shù)的多樣性，開發(fā)CAPP的技術(shù)難度相當(dāng)大，然而目 前已有一些系統(tǒng)投入應(yīng)用。70年代末，80年代初，計(jì)算機(jī)輔助管理，物料搬運(yùn)，刀具管理，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)， 數(shù)據(jù)庫的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，更為FMS的發(fā)展提供了有力的支持。與此同時(shí)，自動(dòng)控制理論，制造工藝以及生產(chǎn)管理科學(xué)，也都有了日新月異 的變化，這些都為FMS的發(fā)展提供了必要的環(huán)境。1結(jié)論鑒于上述市

10、場、科學(xué)技術(shù)的歷史背景下，柔性制造系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過幾十 年的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)已經(jīng)日趨完善并在全世界得到廣泛應(yīng)用。在產(chǎn)品和批量 組成的二維空間中，F(xiàn)MS占據(jù)了專用機(jī)床組成的制造系統(tǒng)和通用機(jī)床組成的制造 系統(tǒng)所處的中間區(qū)域。以箱體類零件加工為例，生產(chǎn)綱領(lǐng)為一萬件以上稱為大批 量生產(chǎn)，10件到一萬件為中小批量生產(chǎn)。FMS適用于5-1000件的批量、5至上百種 零件的加工。同時(shí)，柔性制造系統(tǒng)的出現(xiàn)也是制造業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑， 它推動(dòng)了生產(chǎn)方式的深層次變革，并奠成了計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）、精益生產(chǎn) （LP）以及敏捷制造（AM）等制造方式的基礎(chǔ)。5柔性制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)我們制造業(yè)的從業(yè)人員來說，也將面臨著更大 的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿嵝灾圃煜到y(tǒng)不斷會(huì)有新的內(nèi)容加入，其所涉及到的學(xué)科也將會(huì)越 來越多，這就要求我們相關(guān)人員不斷的汲取新的知識(shí)，跟上時(shí)代的步伐，才能在 21世紀(jì)的制造大軍中立于不敗