柔性制造技術(shù)的現(xiàn)狀研究及發(fā)展趨勢

摘 要：文章對柔性制造技術(shù)的基本概念、研究現(xiàn)狀等問題作以簡單介紹，同時對柔性制造技術(shù)的作用和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：柔性系統(tǒng)；柔性制造技術(shù)；現(xiàn)狀；趨勢

1 概述

目前，對于滿足市場品種多、批量小、有特色的需求，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已經(jīng)滿足不了這種符合顧客個人要求和功能的產(chǎn)品需求。現(xiàn)代科技的進(jìn)步尤其是電子數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，對生產(chǎn)制造行業(yè)來說無疑打開了一扇新的發(fā)展大門，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進(jìn)步更使得制造技術(shù)日漸成熟。文章對柔性制造技術(shù)的基本概念、研究現(xiàn)狀等問題作以簡單介紹，同時對柔性制造技術(shù)的作用和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述。

2 基本概念

柔性制造技術(shù)主要包括柔性系統(tǒng)和柔性制造技術(shù)兩個主要概念。

2.1 柔性系統(tǒng)

何為柔性系統(tǒng)呢？可分為兩方面進(jìn)行表述：首先，超強(qiáng)的外部適應(yīng)力是柔性系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)，適應(yīng)能力的衡量以系統(tǒng)對新產(chǎn)品要求的滿足程度為準(zhǔn)；其次，系統(tǒng)對內(nèi)部變化具有良好的適應(yīng)能力，這一能力主要以系統(tǒng)在正常狀態(tài)下與系統(tǒng)在有干擾的狀態(tài)下生產(chǎn)期望值的比值為衡量標(biāo)準(zhǔn)。對比剛性系統(tǒng)，柔性系統(tǒng)的適應(yīng)性更強(qiáng)。剛性生產(chǎn)也是自動化生產(chǎn)模式，但是其只能夠單一的進(jìn)行一種產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。其特點(diǎn)是產(chǎn)品生產(chǎn)效率高、設(shè)備利用率高、成本低廉；但生產(chǎn)線所加工產(chǎn)品的零件中種類單一，只適合大批量生產(chǎn)并不適合多品種、小批量的生產(chǎn)。

隨著科技進(jìn)步，大批量生產(chǎn)的時代已逐漸被適應(yīng)生產(chǎn)的多種類、動態(tài)化生產(chǎn)所替代。目前開發(fā)周期短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高是制造自動化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的，它們也決定了該系統(tǒng)的生存能力和競爭能力。因此，柔性系統(tǒng)在當(dāng)今制造業(yè)種已具有非常重要的地位。

柔性系統(tǒng)主要包括：機(jī)器柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、維護(hù)柔性、生產(chǎn)能力柔性、擴(kuò)散柔性和運(yùn)行柔性等。這些特性保證了柔性系統(tǒng)所應(yīng)具備的多種類、小批量生產(chǎn)的能力。

2.2 柔性制造技術(shù)

所謂柔性制造，即通過自動化柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行不同形狀、不同種類工件的制造，其技術(shù)總和變?yōu)槿嵝灾圃旒夹g(shù)。由于生產(chǎn)技術(shù)相對密集，因而屬于密集型技術(shù)群，其制造系統(tǒng)更加重視柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)中小批量多種類的產(chǎn)品加工。

柔性制造技術(shù)按規(guī)模大小可劃分為：柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造線（FML）、柔性制造工廠（FMF）四類。

2.2.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）。FMS是由2臺以上的數(shù)控機(jī)床組成，該數(shù)控機(jī)床要求具有自動換刀、自動換件的功能，同時FMS的核心設(shè)備是加工中心，同時配有自動物料傳輸和管理系統(tǒng)，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制。具有實(shí)時監(jiān)控能力，能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類零件的自動加工。

2.2.2 柔性制造單元（FMC）。FMC可看作是一個小型的FMS，它包含F(xiàn)MS的功能，但是規(guī)模最小，只有1～2臺加工中心、數(shù)控機(jī)床、物料運(yùn)送裝置等組成，其主要特點(diǎn)是可適應(yīng)多種產(chǎn)品的加工，具有很高的靈活性、自動化程度高。

2.2.3 柔性制造線（FML）。FML介于品種少且批量多非柔性自動生產(chǎn)和品種多批量較少FMS之間。數(shù)控機(jī)床以及加工中心等是其加工的主要設(shè)備，并且根據(jù)實(shí)際需要會使用專用機(jī)床，并且相比較FMS的物料運(yùn)輸柔性，其物料運(yùn)輸柔性要求不高，但生產(chǎn)率FML更高。最具代表性的FML生產(chǎn)有連續(xù)分散型生產(chǎn)控制和離散柔性制造系統(tǒng)。目前我國已經(jīng)推廣并使用該技術(shù)，因而FML技術(shù)在我國已經(jīng)趨于成熟穩(wěn)定。

2.2.4 柔性制造工廠（FMF）。FMF是由多條FMS組合在一起的，同時擁有自動化立體長褲，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，被加工產(chǎn)品從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配到檢驗(yàn)、運(yùn)送等環(huán)節(jié)全部具備的完善FMS。FMF的自動化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化及自動化，具有世界先進(jìn)的生產(chǎn)水平，是最先進(jìn)的自動化應(yīng)用技術(shù)之一。其代表是智能制造系統(tǒng)，特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)共產(chǎn)柔性化及自動化。

3 柔性制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

柔性制造技術(shù)在上世紀(jì)70年代末開始走出實(shí)驗(yàn)室，成為一些先進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)線上的主要設(shè)備。我國于1985開始進(jìn)行柔性制造技術(shù)的有關(guān)研究，經(jīng)過多年的努力和研究，該技術(shù)得到了極大的重視和發(fā)展，目前該技術(shù)主要應(yīng)用在汽車行業(yè)和制造業(yè)等行業(yè)。

作為機(jī)械制造業(yè)重要裝備的機(jī)床的發(fā)展，是人們一直所關(guān)注的。在上世紀(jì)50年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的控制信息流也出現(xiàn)了突破性發(fā)展，進(jìn)而誕生了數(shù)控機(jī)床新一代應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能。因此，企業(yè)的制造系統(tǒng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵在于數(shù)字化技術(shù)，在發(fā)展信息技術(shù)支持的前提下，利用數(shù)控技術(shù)，促進(jìn)制造裝備及其控制運(yùn)行過程的自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的。在經(jīng)濟(jì)全球化條件下，企業(yè)對不確定性市場環(huán)境的適應(yīng)能力會得到顯著的提高，對機(jī)械制造企業(yè)重構(gòu)和改造也起著重要作用。

目前，隨著柔性化生產(chǎn)制造不斷地滲透，為了適應(yīng)當(dāng)代社會密集型制造要求，柔性生產(chǎn)制造已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。并且在實(shí)際的生產(chǎn)中，柔性制造實(shí)現(xiàn)了小批量多品種自動加工，并解決了生產(chǎn)中的諸多難題，能夠更加快速的適應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，因而在生產(chǎn)廠家中得到了認(rèn)可，尤其在汽車零部件加工制造領(lǐng)域，該技術(shù)發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢。

我國已成為世界上柔性自動生產(chǎn)線應(yīng)用最熱和進(jìn)口最多的國家，目前已經(jīng)安裝超過100條生產(chǎn)線。其主要優(yōu)點(diǎn)是：大大縮短交貨周期，產(chǎn)量得到有效提升；能完成加工多樣化，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、降低庫存費(fèi)用和提高設(shè)備利用率；在操作上，可實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)度。除生產(chǎn)柔性外，汽車產(chǎn)業(yè)中還包括產(chǎn)品柔性和市場柔性等。

4 柔性制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 FMC的推廣

由于FMC和FMS在經(jīng)濟(jì)效益也很接近的情況下，F(xiàn)MC所需的投資相對較少，因此對于條件受限的企業(yè)更加適合，目前我國很多廠家對于FMC技術(shù)極為認(rèn)可，并將其作為自身發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。

4.2 FML生產(chǎn)效率更高

很多生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品批量大，但是品種相對較多，例如汽車加工制造行業(yè)，其對FML制造系統(tǒng)的要求更高，通過實(shí)踐，F(xiàn)MS制造廠吸取了大量經(jīng)驗(yàn)，會對FML進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)一步降低其成本，將通用加工中心換成成本更低的專用數(shù)控機(jī)床。

4.3 多元化技術(shù)改進(jìn)

FMS在未來不僅僅是單一的加工系統(tǒng)，而是向著功能更加多元化的方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

制造行業(yè)為了適應(yīng)當(dāng)前社會的生產(chǎn)要求，其設(shè)備以及生產(chǎn)控制系統(tǒng)越來越多的向著智能、高效、柔性、集成的方向發(fā)展。因此在構(gòu)成以及應(yīng)用方面，F(xiàn)MS將向著多元化的靈活方向發(fā)展，并且吸取了實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)后，F(xiàn)MS也會進(jìn)一步開發(fā)小型生產(chǎn)系統(tǒng)，相對于大型FMS，小型FMS在投資，運(yùn)行和成功率等方面都相對更好。成為制造業(yè)先進(jìn)設(shè)備的主要發(fā)展趨勢和面向未來的先進(jìn)生產(chǎn)模式。

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