柔性制造系統(tǒng)

1、目錄 摘要11引言12 柔性制造概述12.1柔性制造內(nèi)涵的內(nèi)涵12.2柔性制造的影響因素22.3柔性制造的指標體系23柔性制造的系統(tǒng)及其組成24柔性制造系統(tǒng)的類型35 柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢46 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢56.1 柔性制造系統(tǒng)的模塊化56.2 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)57 當柔性制造技術要解決的問題58 參考文獻6 柔性制造系統(tǒng)摘要 本文綜述了柔性制造技術的產(chǎn)生背景，內(nèi)涵，影響因素，評價指標體系。柔性制造系統(tǒng)（FMS)的概念及其組成，F(xiàn)MS的類型，F(xiàn)MS的優(yōu)勢以及發(fā)展趨勢，當前還需解決的一些問題。關鍵字：FMS CIMS FMC FML1引言自從二十世紀六十年代以后，隨著人們生

2、活水平及質(zhì)量的不斷提升，廣大用戶對產(chǎn)品開始有著越來越新穎化及多樣化的需求，過去傳統(tǒng)的自動線生產(chǎn)方式（大批量生產(chǎn)方式）已經(jīng)無法有效的滿足企業(yè)的發(fā)展需求，因而企業(yè)必須盡快的探尋先進的生產(chǎn)技術，只有這樣才能夠更好的適應中小批量、多品種的市場需求。與此同時，計算機技術的出現(xiàn)及其發(fā)展，新技術新概念諸如計算機網(wǎng)絡、計算機數(shù)控和CAD/CAM 的出現(xiàn)以及生產(chǎn)管理科學、自動控制理論的發(fā)展也為現(xiàn)代化生產(chǎn)技術的出現(xiàn)奠定了堅實的技術基礎，在此類狀況下，富有時代氣息的柔性制造技術便應運而生。2 柔性制造概述2.1柔性制造內(nèi)涵的內(nèi)涵 柔性制造技術是1967年英國莫林斯(MOLINS)提出來的用于機械制造行業(yè)的一種先進制

3、造技術，此后這一理念在備行各業(yè)得到了廠泛應用，并已成為現(xiàn)代制造的一種科學“哲理”，倍受推崇。柔性制造技術的范圍是十分廣泛的，是對不同品種實現(xiàn)柔性制造的各種技術的總和。凡是側(cè)重于快速轉(zhuǎn)換的柔性要求、適合多品種、小批量生產(chǎn)的加工技術都屬于柔性制造技術的范疇，如柔性制造系統(tǒng)、柔性制造單元、柔性制造線、柔性制造工廠等。2.2柔性制造的影響因素 企業(yè)柔性制造的能力受到許多因素的影響，是企業(yè)綜合靈活適應能力的體現(xiàn)。但具體而言，影響柔性制造技術水平的因素主要包括以下方面： (1)設備柔性：即設備滿足工藝變化的程度，這一點主要體現(xiàn)在市場需求變化時，設備轉(zhuǎn)換生產(chǎn)一系列不同品種產(chǎn)品的能力。(2)工藝柔性：工藝柔

4、包含兩個方面：一是工藝流程不變化時，其自身適應產(chǎn)品和原材料變化的能力；二是為適應產(chǎn)品和原材料變化而改變原有工藝的難易程度。(3)產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)型后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用的特陛的繼承能力和兼容能力。 (4)生產(chǎn)能力柔性：當生產(chǎn)量、品種變化時，系統(tǒng)也能經(jīng)濟地運行的能力。 (5)維護柔性：持續(xù)高效地查詢、處理故障以保證生產(chǎn)正常進行的能力。 (6)擴展柔性：當生產(chǎn)需要時，擴展系統(tǒng)結(jié)構，增加模塊，構成一個更大系統(tǒng)的能力。 (7)服務柔性：一是在顧客產(chǎn)品使用壽命周期內(nèi)，用新部件維修舊產(chǎn)品的能力；二是一些產(chǎn)品還需要可升級的能力。2.3柔性制

5、造的指標體系整體而言，柔陛制造中“柔性”表現(xiàn)為兩個方面：第一方面是系統(tǒng)適應外部變化的能力，第二方面是系統(tǒng)適應內(nèi)部變化的能力。具體而言，衡量一個制造系統(tǒng)柔性高低程度主要有三個衡量指標：數(shù)量的柔性，允許各種因素(如產(chǎn)量)自由變化的幅度；時間的柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)變量(如銷售量)自由變化的幅度所需對應的時間；成本的柔陡，在訂單波動、產(chǎn)量波動的情況下，各項費用尤其是人工變動費用如何隨之變化，其費用的變動，尤其是人工成本隨產(chǎn)量波動而相應變動的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。3柔性制造的系統(tǒng)及其組成柔性制造系統(tǒng)(flexible manufacture system，簡稱FMS)是一種在計算機系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和

6、管理之下，用傳輸裝置和自動裝卸裝置將加工設備連接起來的自動化制造系統(tǒng)，適用于中小批量和多品種零部件的高效率加工。其基本組成與布局如圖l所示。 圖1 柔性制造系統(tǒng)的組成和布局示意圖柔性制造系統(tǒng)一般由以下4個部分組成。1)自動加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)是指以成組技術為基礎，把外形尺寸(形狀差異不大)和質(zhì)量大致相似、材料相同、工藝相似的零件，集中在1臺或數(shù)臺數(shù)控機床或?qū)Ｓ脵C床等設備上進行生產(chǎn)的加工系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的加工設備一般由多臺自動化程度很高的數(shù)控設備共同組成，主要包括加工中心、切削中心以及采用計算機控制的其他種類機床，用于完成不同工序的加工。2)物料運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)是指由多種運輸裝置構成，實現(xiàn)工件和加

7、工刀具等的供給與傳送的系統(tǒng)，是柔性制造系統(tǒng)的主要組成部分。該系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)物料的存儲和搬運，包括各種傳送帶、軌道、起吊設備和工業(yè)機器人等。3)信息控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是指對加工和運輸過程中所需的各種信息進行收集、處理和反饋，并通過計算機或其他控制裝置(液壓和氣壓裝置等)，對機床或運輸設備實行分級控制的系統(tǒng)3。該系統(tǒng)主要用于處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息，輸出控制CNC機床和物料系統(tǒng)等自動操作所需的信息。4)軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)是保證柔性制造系統(tǒng)進行綜合有效管理的必不可少的組成部分，確保柔性制造系統(tǒng)能夠有效地適應中小批量及多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作。該系統(tǒng)主要包括了設計規(guī)劃、生產(chǎn)過程分析、生產(chǎn)過程調(diào)

8、度、系統(tǒng)管理以及監(jiān)控等軟件。4柔性制造系統(tǒng)的類型 1)柔性制造單元(FMC)。該單元是指由1臺或多臺數(shù)控機床或加工中心構成的加工單元?？墒乖搯卧鶕?jù)生產(chǎn)需要自動地更換夾具與刀具，以適應不同工件的加工。該單元一般適合加工批量小、形狀比較復雜、工序較簡單和加工時間較長的零件。該單元的設備柔性很高，但人員和加工柔性較低。 2)柔性自動生產(chǎn)線(FML)。該生產(chǎn)線是介于大批量、單品種和非柔性自動生產(chǎn)線與中小批量和多品種柔性制造系統(tǒng)之間的生產(chǎn)線設備。一般可使該生產(chǎn)線將多臺機床與物料運輸系統(tǒng)連接起來，對于物料傳輸系統(tǒng)柔性的需求要比柔性制造系統(tǒng)低，但生產(chǎn)效率較高。3)柔性制造系統(tǒng)(FMS)。該系統(tǒng)是指以數(shù)控機

9、床或加工中心為基礎，再加上物料運輸系統(tǒng)組成的生產(chǎn)系統(tǒng)，主要由計算機控制，可以連續(xù)地進行多品種工件的加工。該系統(tǒng)主要適合中小批量、形狀比較復雜和多品種的零件的管理及生產(chǎn)。典型柔性制造系統(tǒng)如圖2所示。 圖2 典型柔性制造系統(tǒng)示意圖3種不同類型的柔性制造設備在產(chǎn)品品種、生產(chǎn)批量以及自動化生產(chǎn)中的對比如圖3所示。從圖3可以看出，F(xiàn)ML更適合生產(chǎn)批量較大和品種較單一的零件，生產(chǎn)效率相對較高，而柔性相對較低；FMC更適合生產(chǎn)批量較小和品種多樣化的零件，生產(chǎn)效率相對較低，而柔性相對較高；FMS介于兩者之間。 圖3 零件品種、批量與自動化加工方式的選擇5 柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢柔性制造系統(tǒng)將計算機、自動控制、微電

10、子技術和系統(tǒng)工程等復雜的技術有機結(jié)合，既具有機械加工的高自動化和高效率，又具有非常高的柔性，具體如下。1)設備柔性好。柔性制造系統(tǒng)的刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調(diào)性，當市場需求發(fā)生變化或者改進產(chǎn)品設計時，可以迅速地進行調(diào)整，以適應生產(chǎn)。2)設備利用率高。柔性制造系統(tǒng)布局合理緊湊，設備的利用率較高，而設備的總占地面積可以減少20 。3)在制品數(shù)量少。柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)工序集中，減少了加工零件的裝夾次數(shù)，并且可大大縮短生產(chǎn)的準備時間。4)具有維持生產(chǎn)的能力。當柔性制造系統(tǒng)中的1臺設備發(fā)生故障時，可以降級運轉(zhuǎn)，物料運輸系統(tǒng)會自行調(diào)整路線，繞過出現(xiàn)故障的設備，從而不對整個生產(chǎn)的運行造成影響。5)

11、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。柔性制造系統(tǒng)的加工過程是全自動的，人為的因素很少，產(chǎn)品的加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定性好。6)運行靈活。當柔性制造系統(tǒng)的檢驗、裝夾及維護等工作做好后，后續(xù)的加工生產(chǎn)可以在無人值守的情況下自動進行，其監(jiān)控系統(tǒng)還可以處理刀具的磨損，以及物流運輸堵塞等運行過程中出現(xiàn)的一些不可預料的情況4。6 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6.1 柔性制造系統(tǒng)的模塊化為了保證柔性制造系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟性，可以將其主要組成部分進行模塊化和標準化。這是因為刀具的供給方式和工件的運輸及交換方式等能夠在較大程度上影響柔性制造系統(tǒng)的復雜程度。通過不同功能的模塊間的組合，構成不同形式的具有物料運輸系統(tǒng)和信息交換系統(tǒng)的柔性制造系

12、統(tǒng)，以適應不同產(chǎn)品的加工制造過程。6.2 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)現(xiàn)代制造技術的發(fā)展不會僅僅局限在車間生產(chǎn)過程的自動化上，而是要全面地實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)決策和加工制造到產(chǎn)品銷售的整個過程的自動化，特別是整個生產(chǎn)管理層面上的自動化，這樣形成的一個完整的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)就是計算機集成制造系統(tǒng)。一方面，計算機集成制造系統(tǒng)體現(xiàn)了企業(yè)的整個生產(chǎn)經(jīng)營活動是密切聯(lián)系的；另一方面，也體現(xiàn)了整個生產(chǎn)制造過程實際上是各種信息的采集、交換和加工處理的過程。計算機集成制造系統(tǒng)將信息技術、現(xiàn)代管理技術和制造技術有機地結(jié)合起來，并成功地應用于企業(yè)生產(chǎn)的各個部分，通過信息的傳遞和資源的優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流和價值流的

13、集成和優(yōu)化運行?？傮w上看，柔性制造系統(tǒng)的設備生產(chǎn)線將進一步縮短，場地利用率更高；初始投資和中間庫存減少，生產(chǎn)成本更低；生產(chǎn)速度更快，生產(chǎn)效率更高。柔性制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展可以縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，從而增強生產(chǎn)企業(yè)的競爭力。7 當柔性制造技術要解決的問題 當前柔性制造要解決的問題主要集中在以下幾方面3： (1)柔性制造系統(tǒng)必須借鑒信息科學、生命科學和社會科學等多學科的研究成果，探索柔性制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構、制造模式和運行機制。制造系統(tǒng)優(yōu)化組織結(jié)構和良好的運行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應能力及可重

14、組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。 (2)在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素。而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學發(fā)展的一個重點。制造系統(tǒng)信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性信息度量的多維性以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。 (3)計算智能丁具組合優(yōu)化求解技術，受到越來越普遍的關注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設計、智

15、能加T、機器人學、智能控制、智能|丁藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。這些問題是當前產(chǎn)品創(chuàng)新的關鍵理論問題。這些問題的重點突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎研究。8 參考文獻1Eli孫杰淺議柔性生產(chǎn)線的產(chǎn)生與應用J科技資訊，2O10(35)：232張亞明柔性制造技術及應用J煤炭技術，2008(3)：563高青柔性制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究J太原科技，2008(7)：32334文延莉談柔性制造技術與發(fā)展EJ安陽工學院學報，2008(4)：555李全普，劉靜柔性制造技術的應用J現(xiàn)代制造，2008(24)：67686 Graves S C. A review of production schedulingJ.

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