柔性制造技术的应用及发展

-1-柔性制造技术的应用及发展摘要:柔性制造技术是管理技术和制造技术的有机集合，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，被世界各国所重视，既解决了近百年来中小批量和中大批量多品种加工自动化的问题，亦很好地适应了产品不断迅速更新的需求。关键词:柔性制造技术机械制造自动化1基本概念（1）柔性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。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-2-力。④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。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和同样的产品，换用不同工序加工的能力。（2）柔性制造技术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：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。-3-②柔性制造单元(FMC)柔性制造单元(FMC)是在加工中心的基础上，增加了存储工件的自动料库、输送系统所构成的自动加工系统。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、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，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。④柔性制造工厂(FMF)FMF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是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、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。2柔性制造所采用的关键技术-4-(1)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。(2)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。(3)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-5-要的关键性的作用。目前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。(4)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是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自动化系统中的一个组成部分。虽然传统的非数控机床也具有一定的柔性，但它不能获得高的效能和稳定的精度，更不适应复杂型面的加工。因此，基于数控技术的高效柔性化的制造装备及其制造系统需兼具下列特性：(1)高度的灵活性和多品种生产的快速适应性；(2)高效的生产能力，它有包括如下两个方面：高生产率、高稳定性。(5)与柔性制造相关配套技术的发展高效的数控机床仅是实现柔性制造的必要条件，必须加上高效的NC编程工具、高效的工艺规程设计手段、高效的数控刀具、柔性夹具及工艺装备等相关技术的协调发展，才能形成实施柔性制造的充分条件。3柔性制造技术的特点(1)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-6-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。(2)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。(3)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。(4)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。(5)可减少工厂内另件的库存，改善产品质量和降低产品成本。(6)减少工人数量，减轻工人劳动强度。(7)一次性投资大3柔性制造技术的发展趋势(1)FMC将成为发展和应用的热门技术这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。(2)发展效率更高的FML多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。(3)朝多功能方向发展-7-由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。(4)柔性制造系统多功能通用仿真系统的开发自20世纪80年代初柔性制造系统(FMS)出现以来，对FMS建模、仿真和凋度等问题的研究一直是个热点。仿真系统由参数设定、仿真运行、结果分析、用户和项目管理4大功能模块组成。．4大模块之问用SQLserver数据库作为数据存放和交换的主要途径，同时，利用用户和项目管理模块中的用户类．记录当前的用户和被打开的项目等信息．而其他模块通过调用用户对象得知这些倍息．4结语近年来，柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，可以这样认为：柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为2l世纪机构制造业的主要生产模式。-8-参考文献【1】卞益民，郑成博．柔性制造技术的现状及发展趋势【J】．巾国科技纵横，2009（11），6(4)：4—6【2】曾杰．柔性制造技术发展的趋势【J】．贵州省机电一情报所【3】张亚明．柔性制造技术及应用【J】．煤炭技术，2008，27（3）【4】邓宏筹．面向21世纪的柔性制造技术【J】．中国工程科学，2000，2（9）【5】牛莉，庞小红，吴智铭．柔性制造系统多功能通用仿真系统的开发【J】．上海交通大学学报，2003,37(11)【6】刘三星，谢青云．浅谈先进的柔性制造技术的应用【J】．制造业自动化，2003,25(z1)：177-178【7】王文虎．柔性制造技术的应用与发展【J】．韶关学院学报，2001,22(3)