柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

1、柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及開展趨勢(shì)柔性制造系統(tǒng)(FS)系指具有自動(dòng)化程度高的制造系統(tǒng)。目前所談及的FS通常是指在批量切削加工中以先進(jìn)的自動(dòng)化和高程度的柔性為目的的制造系統(tǒng)。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化、低制造本錢及短制造周期等需求日趨迫切，F(xiàn)S開展頗為迅速，并且由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的開展，也促使柔性制造技術(shù)日臻成熟，80年代后，制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新時(shí)代，即基于計(jì)算機(jī)的集成制造(IS)時(shí)代，F(xiàn)S已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制開展重點(diǎn)。一、規(guī)模按規(guī)模大小FS可分為如下4類：1.柔性制造單元(F)F的問世并在消費(fèi)中使用約比FS晚68年，它是由12臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器

2、人、數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈敏性。F可視為一個(gè)規(guī)模最小的FS，是FS向廉價(jià)化及小型化方向開展和一種產(chǎn)物，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。2.柔性制造系統(tǒng)(FS)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，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。3.柔性制造線(FL)它是處于單一或少品種大批量非柔性自動(dòng)線與中小批量多品種FS之間的消費(fèi)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、N機(jī)床；亦可采用專用機(jī)床或N專用機(jī)床，對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于FS，但消費(fèi)率更高。它是以離散型消費(fèi)中

3、的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)消費(fèi)過程中的分散型控制系統(tǒng)(DS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)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(FF)FF是將多條FS連接起來，配以自動(dòng)化立體倉庫，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)展聯(lián)絡(luò)，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完好FS。它包括了AD/A，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(IS)投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)系統(tǒng)柔性化及自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的消費(fèi)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。FF是自動(dòng)化消費(fèi)的最高程度，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)(IS)為代表，其特

4、點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化。二、關(guān)鍵技術(shù)1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將來AD技術(shù)開展將會(huì)引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)打破是光敏立體成形技術(shù)，該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用AD數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)，將三維數(shù)字模型分成假設(shè)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)展光學(xué)掃描，被掃描到的液面那么變成固化塑料，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)便可制出準(zhǔn)確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新構(gòu)造的速度。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。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)

5、習(xí)功能，可在控制過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，F(xiàn)S中所采用的人工智能大多指基于規(guī)那么的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)那么進(jìn)展推理，求解各類問題(如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè)計(jì)、方案、監(jiān)視、修復(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)歷證過的理論與通過經(jīng)歷獲得的知識(shí)相結(jié)合，因此專家系統(tǒng)為FS的諸方面工作增強(qiáng)了柔性。展望將來，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FS(尤其智能型)中起著關(guān)鍵性的作用。人工智

6、能在將來FS中將發(fā)揮日趨重要的作用。目前用于FS中的各種技術(shù)，預(yù)計(jì)最有開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FS中的應(yīng)用規(guī)模將要比目前大4倍。智能制造技術(shù)(IT)旨在將人工智能融入制造過程的各個(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)境中人的局部腦力勞動(dòng)。在制造過程，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)部鼓勵(lì)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其參數(shù)，以到達(dá)最正確工作狀態(tài)，具備自組織才能。故IT被稱為將來21世紀(jì)的制造技術(shù)。對(duì)將來智能化FS具有重要意義的一個(gè)正在急速開展的領(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

7、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)展并行處理的一種方法。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)代自支化系統(tǒng)中的一個(gè)組成局部。三、開展趨勢(shì)1.F將成為開展和應(yīng)用的熱門技術(shù)這是因?yàn)镕的投資比FS少得多而經(jīng)濟(jì)效益相接近，更適用于財(cái)力有限的中小型企業(yè)。目前國(guó)外眾多廠家將F列為開展之重。2.開展效率更高的FL多品種大批量的消費(fèi)企業(yè)如汽車及拖拉機(jī)等工廠對(duì)FL的需求引起了FS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FL的開展趨勢(shì)。3.朝多功能方向開展由單純加工型FS進(jìn)一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗(yàn)及鈑材

8、加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FS。FS是實(shí)現(xiàn)將來工廠的新穎概念形式和新的開展趨勢(shì)，是決定制造企業(yè)將來開展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。目前反映工廠整體程度的FS是第一代FS，90年代此種狀況仍將會(huì)持續(xù)下去，日本從1991年開場(chǎng)施行的“智能制造系統(tǒng)(IS)國(guó)際性開發(fā)工程，屬于第二代FS；而真正完善的第二代FS預(yù)計(jì)至21世紀(jì)才會(huì)實(shí)現(xiàn)。屆時(shí)，智能化機(jī)械與人之間將互相交融、柔性地全面協(xié)調(diào)從承受訂單貨至消費(fèi)、銷售這一企業(yè)消費(fèi)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。80年代中期以來，F(xiàn)S獲得迅猛開展，幾乎成了消費(fèi)自動(dòng)化之熱點(diǎn)。一方面是由于單項(xiàng)技術(shù)如N加工中心、工業(yè)機(jī)器人、AD/A、資源管理及高度技術(shù)等的開展，提供了可供集成一個(gè)整體系統(tǒng)的技術(shù)根底；另一方面，世界市場(chǎng)發(fā)生了重大變化，由過去傳統(tǒng)、相對(duì)穩(wěn)定的市場(chǎng)，開展為動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)，為了從市場(chǎng)中求生存、求開展，進(jìn)步企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的應(yīng)變才能，人們開場(chǎng)探究新的消費(fèi)方法和經(jīng)營(yíng)形式。近年來，F(xiàn)S作為一種現(xiàn)代化工業(yè)消費(fèi)的科學(xué)“哲理和工廠自動(dòng)化的先進(jìn)形式已為國(guó)際上所公認(rèn)，可以這樣認(rèn)為：FS是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的根底，將以往企業(yè)中互相獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、消費(fèi)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過