1、專題研究technology and mar k e t淺談柔性制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展張強(qiáng)重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院重慶400067摘耍：隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提爲(wèi)，社會(huì)對(duì)產(chǎn)砧多樣化、低制造成木及短制造周期等需求日趨迫切，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種、小批量、更具特色,符合顧客個(gè)人要求樣式和功能的產(chǎn)品需求。上世紀(jì)9 o年代后期,rh于 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展，制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，技術(shù)日臻成熟。柔性制 造技術(shù)，已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造h動(dòng)化的研制發(fā)展重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：柔性系統(tǒng) 柔性制造技術(shù) 發(fā)展性制造加工的備種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)

2、是技術(shù)密集型的技術(shù)與市場(chǎng)1 .基木概念1. 1柔性系統(tǒng)柔性系統(tǒng)可以表述為兩個(gè)方而。第一方而是系統(tǒng)適應(yīng)外部 環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品耍求的程度來(lái)衡雖；第二 方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾（如機(jī)器出現(xiàn)故 障）情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾悄況下的生產(chǎn)率期望值之比 來(lái)衡量。“柔性”是和對(duì)于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化 生產(chǎn)線主耍實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率 很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單 件產(chǎn)品的成本低。但是，如果只加工一個(gè)或兒個(gè)相類似的零件，價(jià)格相當(dāng)昂貴，難以應(yīng)付多品種中小批呈的生產(chǎn)。一個(gè)制造h動(dòng)化系統(tǒng)的生 存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，在很大程度上取

3、決于它是否能在很短的開(kāi) 發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同晶種產(chǎn)品的能力， 在這方面柔性系統(tǒng)有和當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)。柔性系統(tǒng)主要包括：1）機(jī)器柔性。當(dāng)要求生產(chǎn)-系列不同類型的產(chǎn)品時(shí)，機(jī)器隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。2）工藝柔性。一是工藝流程不變時(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)詁或原材料 變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變和應(yīng)工藝的難易程度。3 ）產(chǎn)品柔性。一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力：二是產(chǎn)品更新后，對(duì)老產(chǎn)品 有用特性的繼承能力和兼容能力。4 ）維護(hù)柔性。采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常 進(jìn)行的能力。5）生產(chǎn)能力柔性。當(dāng)生產(chǎn)疑改變，系統(tǒng)也能

4、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的 能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重耍。6 ）擴(kuò)展柔性。當(dāng)生產(chǎn)需耍的時(shí)候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一-個(gè)更大系統(tǒng)的能力。7 ）運(yùn)行柔性。利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來(lái)生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力，以及生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，換用不同工 序加工的能力。1 . 2柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)，是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔技術(shù)群，我們認(rèn)為適用于多品利,、中小批量（包括單件產(chǎn)品）并側(cè)重f柔性的加工技術(shù)部屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模人小劃分為：1 ）柔性制適系統(tǒng)（fms）關(guān)丁柔性制造系統(tǒng)的定義很參，權(quán)威性的定義冇：芙國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局把f m s定義為“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系

5、起來(lái)：的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放在其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工 設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和口動(dòng)化。中央計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和 傳輸系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)有時(shí)可同時(shí)加工兒種不同的零件。“國(guó)際生產(chǎn)工程研究協(xié)會(huì)指出“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在最少人的干預(yù)下，能夠生產(chǎn)任何范圍 產(chǎn)品族，系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的產(chǎn)品族的限制。”而 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)則定義為“柔性制造系統(tǒng)是山數(shù)控加工設(shè)備、物 料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它包括 多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn) 行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。”簡(jiǎn)單地說(shuō)，fms是由若 干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算

6、機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)機(jī)床（加工中心與車削中心等），由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接起來(lái)，可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的 加工及管理。目前反映工廠整體水平的fms是第一代fms,日本從19 9 1年開(kāi)始實(shí)誡的“智能制造系統(tǒng)”（ims）國(guó)際性開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，屬于 第二代fms。2 ）柔性制造單元（f m c ）fmc的問(wèn)世并在生產(chǎn)中使用約比f(wàn)ms晚6 8年，fmc可視為一個(gè)規(guī)模最小的f m s,是f m s向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由1 一 2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床的及物料 運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，具有適 應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已

7、進(jìn)入普及應(yīng)用階段。3 ）柔性制造線（f m l ）它是處于單一或少品種大批量非柔性自動(dòng)線與中小 批量多品種f m s之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加 工中制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)密的自動(dòng)化制心、c n c機(jī)床；亦可采用專用機(jī)床或n c專用機(jī)床，對(duì)物料搬運(yùn)系 造系2 0 0 8 /5統(tǒng)。目前常見(jiàn)的紐成通常包括4臺(tái)或更多臺(tái)全自動(dòng)數(shù)控3 9專題研究technology and market統(tǒng)柔性的要求低于f m s，但生產(chǎn)率更高。它是以離散 型生產(chǎn)卩的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過(guò)程中的分散型控制系統(tǒng)（dcs）為代 表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化，其技術(shù)已日殊 成熟，迄今已進(jìn)入實(shí)用化階

8、段。4 ）柔性制造工廠（f m f ）fmf是將多條fms連接起來(lái)，配以自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整f m s。它包括了 c a d / c am,并使計(jì)算機(jī)集成制造 是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工御能而產(chǎn)生的，它使傳感器只有內(nèi)在的“決策”功能。2 . 4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ann）是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智 能工 具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊 控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。3 柔性制造技術(shù)的發(fā)展趙勢(shì)3

9、.1 fmc將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)這是因?yàn)閒mc的投資比f(wàn)ms少得女而經(jīng)濟(jì)效益相接 近，更適用于財(cái)力冇限的中小型企業(yè)。目前國(guó)外眾影廠家將fmc列為 發(fā)展之重。3.2 發(fā)展效率更高的fml多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機(jī)等工廠對(duì)fm l系統(tǒng)（c i ms）投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全 廠范國(guó)的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。fmf是自動(dòng)化生產(chǎn)的蝕高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用 技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及經(jīng)營(yíng)管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)（ims） 的需求引起了 fms制造廠的極大關(guān)注。采用價(jià)格低廉的專用數(shù)為代表，具特點(diǎn)是

10、實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及口動(dòng)化。2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來(lái)cad技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng)，使z具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏yl體成形技術(shù),該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用c a 1）數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)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(duì)池內(nèi)的光敏樹(shù)脂液面進(jìn)行光 學(xué)掃描，被掃描 到的液而則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃 描成形，并自動(dòng)地將分層成彫的各片狀固化熨料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)， 數(shù)小時(shí)內(nèi)便町制出精確的原型。它冇助于加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和研 制新結(jié)構(gòu)的速度。2. 2模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。

11、最近開(kāi)發(fā)出的爲(wèi)性能模糊控制器具有口學(xué)功能，可在控制過(guò)程中不斷獲収新的信息并口動(dòng)地對(duì)控制冊(cè)作調(diào)整，使系統(tǒng)性能人為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法引起人們極大的關(guān)注。2. 3人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所釆用的人工侑能大聶指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問(wèn)題（如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè) 計(jì)、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng) 驗(yàn)證過(guò)的理論與通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲御的知浜相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為 柔性制造的諸方而工作増強(qiáng)了柔性。展望未來(lái)，以知識(shí)密集為 特征，以知識(shí)處理為手段的人工智能（包括專家系 統(tǒng)）

12、技術(shù)必將控機(jī)床替代通用的加工中心將是f m l的發(fā)展趨勢(shì)。3 3 朝多功能方向發(fā)展由單純加工型fms進(jìn)一步發(fā)展成以焊接、裝配、檢驗(yàn) 及板材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能的f m s。4 .結(jié)束語(yǔ)柔性制造技術(shù)是為實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，是決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展前途的具冇戰(zhàn)略意義的舉措。屆時(shí)，智能化機(jī)械與人z間將相互融合，柔牲地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷住這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。近年來(lái)，柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科可以這丁智能。2 1世紀(jì)初，人工卿能在柔性制逍技術(shù)中的應(yīng)用規(guī)模更大。智能制造技術(shù)（i mt ）旨在將人工智能融入制造過(guò)程的各a環(huán)節(jié)，

13、借助模擬專家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造環(huán)境中人的部 分腦力勞動(dòng)。在制造過(guò)程，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，在受到 外界或內(nèi)部激勵(lì)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其參數(shù)，以達(dá)到最佳工作狀態(tài)，具 備口動(dòng)組織能力。故i mt被稱為2 1旺紀(jì)的制造技術(shù)。對(duì)未來(lái)智 能化柔性制造技3l有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展 的領(lǐng)域技術(shù)與市場(chǎng)4 0在柔性制造業(yè)（尤其智能型）中屈著日趨蟲(chóng)要爪°目前用于柔性制造中的各種技術(shù)，預(yù)計(jì)最有發(fā)展前途的仍是人 樣認(rèn)為：柔性制造技術(shù)是在自動(dòng)化技術(shù).信息技術(shù)及制 造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 制造及經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個(gè) 覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)垠優(yōu)化，效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全