浅析柔性制造技术的现状及发展趋势二稿.

2014届机械工程及自动化专业毕业生论文(设计)课题名称：浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势学生姓名：易松指导教师：刘新佳江南大学网络教育学院2014年2月江南大学网络教育学院毕业论文(设计)姓名易松校外学习中心崇安职校学号912330893证件号36050219861022131X批次201203层次专升本专业机械工程及自动化指导教师刘新佳课题名称浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势（第2稿）指导教师评语终稿成绩：指导教师签名：年月日摘要概述了柔性制造技术的基本概念、优缺点、发展的支撑条件等，探讨了柔性制造技术的发展的现状与趋势，并指出“柔性”“敏捷”“智能”和“集成”乃是现今制造设备和系统的主要发展方向。柔性制造系统因其独特的“柔性”和“自动化”特征，在现代制造业中获得了广泛的应用。柔性制造系统的实施是一个复杂的系统工程，本文结合工程实践从应用的层面对某些技术问题作简要讨论。机械制造业历来是应用科学技术的主要领域，是应用最新科技推动社会、经济发展的主导产业。随着现代科学技术的飞速发展，以及市场需求的个性化与多样化，机械制造业发生了极为深刻和广泛的变化，已不是传统意义上的机械制造业。其发展特点与趋势主要体现为绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。关键词：柔性制造技术；柔性制造系统；应用；发展趋势目录第一章柔性制造技术的基本概念...........................................11.1柔性.................................................................11.2柔性制造技术........................................................11.3柔性制造技术的特点..................................................21.4柔性制造技术按大小规模划分..........................................2第二章柔性制造所用的关键技术及发展条件.................................32.1柔性制造所采用的关键技术..............................................32.2发展柔性制造技术的支撑条件............................................4第三章柔性制造技术的应用...............................................43.1柔性制造技术在机械加工中的应用.......................................43.2柔性制造技术在汽车及航空工业中的应用.......................................6第四章柔性制造技术的发展概况及趋势.......................................94.1柔性制造技术的发展概况................................................94.2柔性制造技术的发展趋势..................................................10总结.....................................................................111第一章柔性制造技术的基本概念传统的自动化生产技术可以显著提高生产效率，然而其局限性也显而易见，即无法很好地适应中小批量生产的要求。随着制造技术的发展，特别是自动控制技术、数控加工技术、工业机器人技术等的迅猛发展，柔性制造技术(FMI)应运而生。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的需求。90年代后，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。一、柔性的概念柔性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。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存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。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括(一)、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。(二)、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。(三）、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。(四）、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。(五）、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。(六）、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。(七）、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。二、柔性制造技术（FMT)柔性制造技术是计算机技术在生产过程及其装备上的应用，是将微电子技术、智能技术与传统制造技术融合在一起，具有自动化、柔性化、高效率的特点，是目前自动化制造系统的基本单元技术。柔性自动化制造技术简称柔性制造技术，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。由于柔性制造技术是管理技术和制造技术的有机集合,换句话说它是以数控技术为核心,以计算机技术、信息技术、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合的先进制造技术,因而被世界各国所重视,并在发达国家的制造业中得到了广泛的应用。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为适用于多品种、中小批量2(包括单件品)并侧重于柔性的加工技术都属于柔性制造技术。三、柔性制造技术的特点(一)柔性制造技术仍带有成组技术的烙印一一另件三相似原则：形状相似、尺寸相似和工艺相似。这三相似原则就成为柔性制造技术的前提条件。(二)品种中大批量生产时，虽然每个品种的批量相对来说是小的，多个小批量的总和也可构成大批量，因此柔性生产线几乎无停工损失，设计利用率高。(三)柔性制造技术组合了当今机床技术、监控技术、检测技术、刀具技术、传输技术、电子技术和计算机技术的精华，具有高质量、高可靠性、高自动化和高效率。(四)可缩短新产品的上马时间，转产快，适应瞬息万变的市场需求。(五)可减少工厂内另件的库存，改善产品质量和降低产品成本。(六)减少工人数量，减轻工人劳动强度。(七)一次性投资大四、柔性制造技术按规模大小划分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群,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。目前按规模大小划分为:（一）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：美国制造工程师协会将FMS定义为：柔性制造系统是使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统。FMS主要由下列三部分组成：数控机床加工系统、自动化的物流系统、计算机控制系统。如下图所示。（二）柔性制造单元(FMC)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，它由l～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，现已进入普及应用阶段。（三）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，现已进入实用化阶段。（四）柔性制造工厂(FMF)柔性制造系统加工系统物流系统控制系统存储输送搬运过程控制过程监视3FMF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。第二章柔性制造所用的关键技术及发展条件一、柔性制造所采用的关键技术（一）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。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。（二）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。（三）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。预计到21世纪初,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。(四）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。故人工神经网络也就