柔性自動化生產(chǎn)技術

一、概述

柔性自動化生產(chǎn)技術簡稱柔性制造技術，它以工藝設計為先導，以數(shù)控技術為核心，是自動化地完成企業(yè)多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測等過程的先進生產(chǎn)技術。它涉及到計算機、網(wǎng)絡、控制、信息、監(jiān)測、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真、質量控制與生產(chǎn)管理等技術。其主要研究范圍一般可分為：

1、適用于柔性自動化生產(chǎn)的設備

包括數(shù)控機床、輔機、傳輸裝置、機器人、存儲裝置、柔性自動裝夾具、檢具、交換裝置及更換裝置、接口等。

2、自動化控制和管理技術

包括分布式數(shù)字控制技術、質量統(tǒng)計和管理信息集成技術、生產(chǎn)規(guī)則和動態(tài)調度控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、通訊技術、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術等。

3、聯(lián)線技術

根據(jù)工藝設計，將各種設備聯(lián)線，形成一個自動化生產(chǎn)的有機整體，既具有一定范圍的適用性，又具有較好的可變性。包括FMC、FMS、FML、FA等。

二、選擇依據(jù)

柔性自動化生產(chǎn)技術的高效性、靈活性和縮短投產(chǎn)準備時間等特性使其成為實施靈捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造等先進制造系統(tǒng)的基礎。

柔性自動化生產(chǎn)技術起源于切削加工，至今已遍及到機械制造業(yè)的各個領域，包括：電火花加工、激光加工、板材剪切和折彎、沖壓加工、水噴射加工、焊接及自動化裝配等，甚至還應用到測量、熱處理和噴漆涂覆等領域。

柔性自動化生產(chǎn)技術是當前機械制造業(yè)適應市場動態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進制造技術的基礎技術。實踐證明，應用由不同柔性自動化水平構成的制造系統(tǒng)可提高生產(chǎn)率1-4倍，新產(chǎn)品試制周期和費用減少1/3-1/2。從而可縮短制造周期和交貨期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，大幅度降低成本，提高企業(yè)對市場變化的應變能力和競爭能力，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益。

為了提高我國在國際市場上的競爭能力和振興機械制造業(yè)，采用先進制造技術勢在必行，但FMC、FMS、FML、FA…等是附加值高的高科技產(chǎn)品，依靠進口則費用高昂，而且制造系統(tǒng)包含著技術、管理和人文意識，故必須我國自行研制，才能結合國情，達到先進而適用，且能節(jié)約大量外匯，取得巨大的經(jīng)濟效益。

三、現(xiàn)狀及國內外發(fā)展趨勢

美、日、德三國分別于68年、70年和71年開發(fā)了首套FMS。到90年代全世界擁有1200套左右FMS，其中日本擁有400套，美國150套，德國100套。自85年到90年FMS的年平均增長率為28.7%。而同期FMC的年平均增長率為72.8%，即FMC的增長率是FMS的2.54倍。

這是由于FMS是根據(jù)加工的零件族的工藝選用合適數(shù)控機床的品種和數(shù)量組成的制造系統(tǒng)，因而系統(tǒng)較復雜，雖然生產(chǎn)效率高，但投資較大，資金回收期長，也就承擔較大的風險。而FMC由于是采用模塊化設計，數(shù)控機床品種單一，系統(tǒng)結構比較穩(wěn)定，可靠性高，且可根據(jù)需要擴展組成FMS，有更好的柔性，較少的投資，調整周期短，見較快，經(jīng)濟效益高些，故自80年代中期以來FMC已成為柔性制造系統(tǒng)中主要發(fā)展的工程產(chǎn)品。

1990年全球FMS的銷售額超過了20億美元，F(xiàn)MC銷售額逾40億美元，兩者約占當年世界機床總銷售額的15%，約占數(shù)控機床銷售額的30%以上。包括各類數(shù)控機床在內的柔性制造機床和系統(tǒng)的產(chǎn)值約占90年世界機床總產(chǎn)值465億美元的55%，其中日本和聯(lián)邦德國分別高達75%和70%，并呈逐年增加的趨勢。因而適用于柔性自動化生產(chǎn)的機床和系統(tǒng)已成為機床工業(yè)的主導產(chǎn)品。

1958年清華大學與北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床，雖與日本研制數(shù)控車床和數(shù)控銑床的時間接近，但由于數(shù)控系統(tǒng)和相關的電、液元件未得到相應的發(fā)展，所以并沒有能形成數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)。直到“六五”期間由北京機床研究所引進日本FANUC數(shù)控和伺服系統(tǒng)技術，并經(jīng)“七五”、“八五”在引進數(shù)控技術的基礎上消化吸收，才從80年代起逐步形成了我國完整的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè);同時開發(fā)了在CNC單機基礎上配置工件自動輸送和托盤交換裝置的FMC，自主研制了以國產(chǎn)設備為主組成的箱體加工FMS和板材沖壓成型FMS等，并為國內汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)研制了柔性自動化生產(chǎn)線，發(fā)展了基于DNC的獨立制造島和車間集成信息管理系統(tǒng)等。

但總體而言，無論在柔性自動化生產(chǎn)設備的應用廣泛性方面，還是滿足國內市場需要方面，與工業(yè)發(fā)達國家相比有明顯不足，至于作為工程系統(tǒng)的FMC、FMS和FML等更還處于初步發(fā)展階段。國內機械制造業(yè)使用的為數(shù)不多的FMC、FMS和FML也大多自國外引進。

從目前來看，國外柔性自動化生產(chǎn)技術總的發(fā)展趨勢可歸為3F和3S。

所謂3F為：柔性化(Flexibility)、聯(lián)盟化(Federalization)、新穎化(Fashion)。

所謂3S為：系統(tǒng)化(System)、軟件化(Software)、特效化(Speciality)。

具體來說，大致有下列四個方面：

1)、創(chuàng)制新一代數(shù)控機床，根據(jù)應用場合，既有適合自動化的簡約型高速數(shù)控機床，又有用于模具加工的超高速精密加工中心，復雜零件加工的多功能復合機床以及新穎的并聯(lián)機構機床(虛擬軸機床)等。

2)、發(fā)展適用于大批量、短節(jié)拍的由數(shù)控機床組成的自動生產(chǎn)線，達到具有年產(chǎn)量超過30萬件、多品種分批生產(chǎn)的經(jīng)濟性。

3)、進一步提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)劃和控制軟件的面向對象的特性，以增強其柔性和信息集成性，適應構建CIMS等更高層次柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。

4)、研制靈捷制造單元，使其具有高度的自律性和良好的重組性，成為分布式網(wǎng)絡集成的智能體，作為實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)實施異地遠程協(xié)調制造的基礎。

國內柔性自動化生產(chǎn)技術的發(fā)展總趨勢仍是遵循著3F和3S的方向，但又有其特點：

1)、發(fā)展適用、可靠和有價格競爭力的數(shù)控機床，開發(fā)市場急需的高效、精密和缺門產(chǎn)品，不斷地提高其功能、性能，更好地適應柔性自動化生產(chǎn)的需求。

2)、大力推進分布式數(shù)字控制和管理(DNC)的制造系統(tǒng)，應用DNC技術有效地提高數(shù)控機床的利用率和自動化程度。

3)、研制以提高系統(tǒng)的可靠性和實用化為前提，加強物流和信息集成的柔性自動化生產(chǎn)線，以適應我國汽車、電機、家電等行業(yè)的大批、高效和多品種生產(chǎn)的需要。

4)、研究適應靈捷制造，并能充分利用現(xiàn)有資源響應市場需要的分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)和快速重組制造系統(tǒng)，以提高我國機械制造業(yè)的市場競爭能力和快速響應能力。

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