淺析柔性制造系統(tǒng)構(gòu)建與關(guān)鍵技術(shù)

張森

【摘要】以柔性制造系統(tǒng)為研究對(duì)象，闡述了柔性制造系統(tǒng)的概念、構(gòu)成、特點(diǎn)以及分類，提出構(gòu)建大規(guī)模定制柔性制造系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝規(guī)范、模塊化柔性生產(chǎn)、信息化動(dòng)態(tài)管控，并對(duì)關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行解讀，為我國(guó)實(shí)施柔性制造的企業(yè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】柔性制造系統(tǒng);構(gòu)建;關(guān)鍵技術(shù)

引言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，買方市場(chǎng)的興起對(duì)企業(yè)傳統(tǒng)的制造模式提出了苛刻的要求，顧客對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品的交貨期限和產(chǎn)品價(jià)格的要求也逐步提高，按需定制的生產(chǎn)模式替代傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)勢(shì)在必行。另外，隨著新技術(shù)和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，市場(chǎng)環(huán)境瞬息萬(wàn)變，對(duì)企業(yè)的應(yīng)對(duì)能力提出了更高的要求。因此，企業(yè)就必須對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式進(jìn)行調(diào)整，以降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)能力，增強(qiáng)自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

一、柔性制造的基本原理和相關(guān)概念

（一）柔性制造的基本原理

柔性制造的運(yùn)行，必須依靠成組技術(shù)（Group Technology，CT）原理，即根據(jù)零部件的生產(chǎn)工藝特性進(jìn)行零部件規(guī)劃，規(guī)劃后的零部件毛坯再由數(shù)控機(jī)床、普通設(shè)備和各類軟件構(gòu)成的加工系統(tǒng)中進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，并依據(jù)中央計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，完成各工序加工。柔性制造運(yùn)行的核心功能是，在不停機(jī)的情況下，實(shí)現(xiàn)多品種工件的加工。從生產(chǎn)能力的角度看，運(yùn)行過(guò)程具備柔性反應(yīng)能力，即機(jī)器設(shè)備的小批量生產(chǎn)能力，其關(guān)鍵是生產(chǎn)線的反應(yīng)速度，從信息化管理的角度看，運(yùn)行過(guò)程必須能夠快速適應(yīng)產(chǎn)品變化，即供應(yīng)鏈的敏捷和精確的反應(yīng)能力。

（二）柔性制造系統(tǒng)的概念

柔性制造系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱為FMS（英文名稱FlexibleManufacture System），由一組數(shù)控機(jī)床及其他自動(dòng)化工藝設(shè)備構(gòu)成，是一個(gè)由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)共同組成的整體。柔性制造系統(tǒng)一般由加工、物料運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)信息三個(gè)子系統(tǒng)組成，以加工自動(dòng)化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸和計(jì)算機(jī)信息的自動(dòng)化。

二、柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）生產(chǎn)靈活性高

柔性制造系統(tǒng)的靈活性非常高，能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化或工程設(shè)計(jì)的變更所造成的生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)，能夠開展多品種生產(chǎn)工作。

（二）設(shè)備利用率高，占地面積少

FMS系統(tǒng)的設(shè)備利用率可達(dá)到70%甚至更高，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的布局緊湊，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，F(xiàn)MS系統(tǒng)設(shè)備占地面積可減少20%-50%。

（三）產(chǎn)品質(zhì)量高而且質(zhì)量穩(wěn)定

柔性制造系統(tǒng)所用的為全自動(dòng)化生產(chǎn)加工模式，減少了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)。

（四）FMS系統(tǒng)減少了制品的數(shù)量、縮短了生產(chǎn)工作的準(zhǔn)備時(shí)間

在柔性制造系統(tǒng)中，各種設(shè)備一般集中在一個(gè)較小的場(chǎng)地內(nèi)，各種工序一般集中于加工中心，減少了零件運(yùn)輸?shù)拇螖?shù)和經(jīng)過(guò)的設(shè)備數(shù)目。

（五）13MS系統(tǒng)的生產(chǎn)維持能力強(qiáng)

當(dāng)系統(tǒng)中的一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不影響正常設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

FMS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝規(guī)范技術(shù)、模塊化柔性生產(chǎn)技術(shù)和信息化動(dòng)態(tài)管控技術(shù)?？傮w思路是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化入手，從不同設(shè)備的加工基礎(chǔ)人手，形成多個(gè)產(chǎn)品組，并結(jié)合工藝規(guī)范技術(shù)和管控過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化流程s形成FMS的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)以零部件加工過(guò)程為中心、以產(chǎn)品族的形式建立相應(yīng)的模塊，采用靈活多變的加工模式，實(shí)現(xiàn)模塊化的柔性化生產(chǎn)技術(shù);依據(jù)信息技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)對(duì)各類信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)FMS的動(dòng)態(tài)管控技術(shù)。

（一）標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使用通用零部件的規(guī)格，并通過(guò)新產(chǎn)品開發(fā)來(lái)繼承和兼容標(biāo)準(zhǔn)零部件，體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)柔性;制定標(biāo)準(zhǔn)的工藝過(guò)程規(guī)范，由面向單一產(chǎn)品和零件轉(zhuǎn)為面向產(chǎn)品族，通過(guò)工藝過(guò)程快速變化體現(xiàn)工藝柔性;管控過(guò)程規(guī)范化技術(shù)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和技術(shù)要求。

（二）管控過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化流程技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)化管控過(guò)程是實(shí)施FMS的手段，其關(guān)鍵是依據(jù)信息化管理，將相同零件組的典型工藝、某工序的典型工藝、標(biāo)準(zhǔn)件和通用件典型工藝等，通過(guò)數(shù)字化處理，從而形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化工藝過(guò)程;并將生產(chǎn)過(guò)程中的各環(huán)節(jié)及相關(guān)因素形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)的分析和處理，為企業(yè)提供快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的生產(chǎn)環(huán)境。

（三）生產(chǎn)過(guò)程重組技術(shù)

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程重組技術(shù)在減少輔助加工時(shí)間的同時(shí)，盡可能地將從訂單式生產(chǎn)向揉單式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變過(guò)程中尺寸和形狀相同的零件進(jìn)行集中備料，將功能和工藝相似的零件集中生產(chǎn)，在加工方式上盡量采用通過(guò)式加工和工序分化的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（四）FMs信息集成與共享技術(shù)

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，F(xiàn)MS系統(tǒng)與功能軟件的集成主要是使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息在ERP、MES、SCM等系統(tǒng)中共享。ERP為FMS提供物料、采購(gòu)、銷售等基礎(chǔ)數(shù)據(jù);MES為FMS提供物料需求計(jì)劃、產(chǎn)成品產(chǎn)出計(jì)劃、成本計(jì)劃等。FMS生產(chǎn)過(guò)程中為ERP和ME提供的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備、質(zhì)量等多模塊具有很大的改進(jìn)作用。同時(shí)，F(xiàn)MS與自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)間的集成，可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)訂單的配套表、生產(chǎn)領(lǐng)料單和生產(chǎn)退料單的物料凈出庫(kù)量信息。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)了幾十年的探索和發(fā)展，F(xiàn)MS的制造理念在當(dāng)前遭遇了一些困難和其他一些制造模式的挑戰(zhàn)。但在對(duì)FMS進(jìn)行充分理解的基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)FMS中無(wú)論是系統(tǒng)內(nèi)部的傳統(tǒng)柔性，還是生產(chǎn)、組織、協(xié)調(diào)、管理的整體柔性，都是現(xiàn)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件對(duì)企業(yè)的必然要求。