自動化機械制造技術

白利軍+康占武

【摘 要】隨著全球市場的形成，使得市場競爭變得越來越激烈，先進的制造技術正是為適應這種激烈的市場競爭而出現(xiàn)的。自動化機械制造技術也是如此。隨著社會對產(chǎn)品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，F(xiàn)MS發(fā)展頗為迅速，并且由于微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發(fā)展而突飛猛進。

【關鍵詞】 自動化；機械制造；技術；FMS

20世紀80年代以來，市場的全球化有了進一步的發(fā)展，發(fā)達國家通過金融、經(jīng)濟、科技手段爭奪市場，傾銷產(chǎn)品，輸出資本。隨著全球市場的形成，使得市場競爭變得越來越激烈，先進的制造技術正是為適應這種激烈的市場競爭而出現(xiàn)的。因此，一個國家的先進制造技術，它的主體應該具有世界先進水平，應能支持該國制造業(yè)在全球市場的競爭力。自動化機械制造技術也是如此。隨著社會對產(chǎn)品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，F(xiàn)MS發(fā)展頗為迅速，并且由于微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發(fā)展而突飛猛進。

一、自動化機械制造規(guī)模

按規(guī)模大小FMS可分為如下4類：

（一）自動化制造單元

FMC的問世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚6～8年，它是由1～2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設備構成，具有設置應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為一個規(guī)模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展和一種產(chǎn)物，其特點是實{目單機自動化化及自動化，迄今已進入普及應用階段。

（二）自動化制造系統(tǒng)

通常包括4臺或更多臺全自動數(shù)控機床及人工中心與車削中心等），由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來，可在不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。

（三）自動化制造線

它是處于單一或少品種大批量非自動化自動線與中小批量多品種f：MS之間的生產(chǎn)線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床，亦可采用專用機床或NC專用機床，對物料搬運系統(tǒng)自動化的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。

（四）自動化制造工廠

FMt是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使計算機集成制造系統(tǒng)（C1MS）投入實際，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動化化及自動化，進而實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質流的智能制造系統(tǒng)IMS）為代表，其特點是實現(xiàn)工廠自動化化及自動化。

二、自動化關鍵技術

（一）計算機輔助設計

未來CAD技術發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術，該項新技術是直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過計算機控制的激光掃描系統(tǒng)，將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動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)小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結構的速度。

（二）模糊控制技術

模糊數(shù)學的實際應用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的自學方法更起人們極大的關注。

（三）工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術

迄今，F(xiàn)MS中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進行推理，求解各類問題（如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監(jiān)視、修復、命令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結合，因而專家系統(tǒng)為FMS的諸方面工作增強了自動化。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統(tǒng)）技術必將在FMS（尤其智能型）中關鍵性的作用。人工智能在未來FMS中將發(fā)揮日趨重要的作用。目前用于FMS中的各種技術，預計最有發(fā)展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初，人工智能在FMS中的應用規(guī)模將要比目前大4倍。智能制造技術fIMT旨在將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。在制造過程，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內部激勵時能自動調節(jié)其參數(shù)，以達到最佳工作狀態(tài)，具備自組織能力。

（四）人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術

人工神經(jīng)網(wǎng)絡fANN）是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡對信息進行并行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經(jīng)網(wǎng)絡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)中的一個組成部分。

三、啟動控制技術發(fā)展趨勢

（一）FMC將成為發(fā)展和應用的熱門技術

這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。

（二）朝多功能方向發(fā)展

由單純加工型FMS進一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。FMS是實現(xiàn)未來工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢，是決定制造企業(yè)未來發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。日本從1991年開始實施的“智能制造系統(tǒng)”frms）國際性開發(fā)項目，屬于第二代FMS，完善的第二代FMS正在不斷實現(xiàn)。智能化機械與人之間相互融合、自動化地全面協(xié)調從接受訂單貨至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全部活動。

進入新世紀，F(xiàn)MS獲得迅猛發(fā)展，幾乎成生產(chǎn)自動化之熱點。一方面是由于單項技術如NC加工中心、工業(yè)機器人、CAD/CAM、資源管理及高度技術等的發(fā)展，提供了可供集成一個整體系統(tǒng)的技術基礎；另一方面，世界市場發(fā)生了重大變化，由過去傳統(tǒng)、相對穩(wěn)定的市場，發(fā)展為動態(tài)多變的市場，為了從市場中求生存、求發(fā)展，提高企業(yè)對市場需求的應變能力，人們開始探索新的生產(chǎn)方法和經(jīng)營模式。

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