【可重構(gòu)制造系統(tǒng)技術(shù)在四方集團制造企業(yè)中的應(yīng)用探究12000字（論文）】

可重構(gòu)制造系統(tǒng)技術(shù)在四方集團制造企業(yè)中的應(yīng)用研究摘要當今迅速發(fā)展的市場經(jīng)濟以及日新月異的科學(xué)技術(shù)使人類的生產(chǎn)生活方式發(fā)生了巨大的變化。原有的制造模式如專用生產(chǎn)系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等隨之被新型的生產(chǎn)組織模式所代替?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)即是一種新的制造模式，能滿足當今市場的新要求和人們需求的多樣化，對可重構(gòu)制造系統(tǒng)理論以及可重構(gòu)制造系統(tǒng)評價進行深入地研究具有重大的現(xiàn)實和理論意義?；诖耍疚膶芍貥?gòu)制造系統(tǒng)技術(shù)在四方集團制造企業(yè)中的應(yīng)用進行了理解分析。首先，回顧了RMS的發(fā)展歷程，總結(jié)了RMS布局的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了本課題的研究背景。接著描述了RMS的定義，特性以及評價指標。再描述了四方集團的相關(guān)介紹，以及提出了工藝流程中存在的問題。利用RMS的相關(guān)理論知識進行工藝改造，解決了生產(chǎn)流程上的問題。最后總結(jié)了全文，同時也對展望了后續(xù)的研究方向。關(guān)鍵詞：可重構(gòu)制造系統(tǒng)；四方集團；工藝改造目錄第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，是一個國家的經(jīng)濟命脈，其整體能力和發(fā)展水平標志著一個國家的經(jīng)濟實力、國防實力和生活水準，也決定著一個國家，特別是發(fā)展中國家實現(xiàn)現(xiàn)代化和民族復(fù)興的進程。我國是一個制造業(yè)大國，尚處于工業(yè)化進程中，在未來相當長一段時間，制造業(yè)仍在國民經(jīng)濟中占主導(dǎo)地位。目前，世界上所有的國家，特別是經(jīng)濟比較發(fā)達的國家都非常重視制造技術(shù)的發(fā)展。美國一直是制造業(yè)的大國，但是在20世紀80年代時，由于只重視高科技和軍用技術(shù)的發(fā)展，忽視了制造技術(shù)的發(fā)展，把制造業(yè)列為夕陽產(chǎn)業(yè)，不予以重視，從而嚴重影響其在國際經(jīng)濟競爭中的競爭力。與此同時，日本的汽車、機床和家用電器等制造業(yè)的崛起，使日本成為能夠與美國抗衡的經(jīng)濟強國。90年代末,美國開始重新反思，認識到那種認為信息革命的來臨意味著制造業(yè)衰退的看法是不對的，大力推動先進制造技術(shù)的研究與應(yīng)用，至2008年美國汽車產(chǎn)量重新超過日本。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，無論是發(fā)達國家還是我國，制造業(yè)都占有最重要的地位。世界上最大的100家跨國公司里，80%都集中在制造領(lǐng)域，當今世界上最發(fā)達的三個國家，美、日、德，其中制造業(yè)也是最先進的，競爭力也是最強的。美國約1/4人口直接從事制造業(yè)，其余人口中又有約半數(shù)人所做的工作與制造業(yè)有關(guān)。日本出口的產(chǎn)品中，制造產(chǎn)品占70%以上。1998年中國的制造業(yè)排在美、日、德之后，居世界第四位。2015年我國制造業(yè)在GDP中的比重從2005年的13.07%增加到35.4%-40.2%因此，無論從我國近10年的國家工業(yè)化實踐，還是從第一次工業(yè)革命以來世界各國工業(yè)化進程來看，制造業(yè)是工業(yè)化和推動國家經(jīng)濟發(fā)展的強大支柱。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，顧客需求與市場環(huán)境開始千變?nèi)f化，如何讓制造系統(tǒng)快速而經(jīng)濟地響應(yīng)市場需求的變化，是對當今制造業(yè)的一個巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的機械自動化生產(chǎn)線具有批量生產(chǎn)的效益，但面對市場的變化不能快速響應(yīng)；而柔性制造系統(tǒng)雖然能縮短產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期，但投資巨大，功能冗余，回收周期長?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)正是在這情況下出現(xiàn)的，它能夠根據(jù)需求的變化，利用現(xiàn)有的資源，通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快速重組更新，來響應(yīng)的新的需求。1.2研究意義隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和經(jīng)濟全球化帶來的競爭壓力的增加，顧客對新產(chǎn)品的需求強烈，致使零件變化很大，并更具個性化。因此，經(jīng)常發(fā)生專用生產(chǎn)線不能滿負荷工作的情況。這使得每件產(chǎn)品的生產(chǎn)成本變得很高。事實上，由于市場的變化和競爭的壓力，專用生產(chǎn)線的利用率越來越低，其平均利用率在歐洲只有53%。此外，市場對產(chǎn)品的需求量增加得很快，專用生產(chǎn)線固有的最大生產(chǎn)能力難以幫助制造商抓住市場機遇，其造成的經(jīng)濟損失比生產(chǎn)能力利用不充分所帶來的損失更嚴重.通常專用生產(chǎn)線是不易改變的，由于改裝既費錢又費時，因此，它不能快速響應(yīng)多變的全球市場。所以，專用生產(chǎn)線是一種大批量生產(chǎn)但功能較低的生產(chǎn)線，它除了生產(chǎn)率高外，其作用正在減少。再者，同樣的產(chǎn)品有很多制造廠能生產(chǎn)，光靠廉價生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品已經(jīng)不能在激烈的市場競爭保持優(yōu)勢，快速響應(yīng)市場這第三個目標擺到了制造廠面前。為了使生產(chǎn)系統(tǒng)能靈活地應(yīng)對產(chǎn)品和生產(chǎn)數(shù)量的多變，就有必要改變已設(shè)計好的生產(chǎn)系統(tǒng)，使其更靈活地響應(yīng)市場變化。而現(xiàn)在的實際情況是由于生產(chǎn)線昂貴等原因，制造商希望利用生產(chǎn)線持續(xù)多年生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，但是，隨著全球化的到來，眾多制造商都能接觸到世界市場，如何盡快推介新產(chǎn)品已經(jīng)變得非常必要了。若制造商不能快速響應(yīng)，其結(jié)果就是丟失市場。例如美國GM公司生產(chǎn)a缸發(fā)動機的專用生產(chǎn)線不能生產(chǎn)s缸發(fā)動機，也就跟不上市場變化的要求，將來這種生產(chǎn)系統(tǒng)要應(yīng)對經(jīng)濟全球化的挑戰(zhàn)只會越來越困難。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀可重構(gòu)制造哲理己逐漸為人們所接受，可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究已滲透到機械制業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、制鞋工業(yè)、木材工業(yè)等行業(yè)?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)已成為先進制造研究的熱點之一，它是未來制造的六大挑戰(zhàn)中最為尖端的挑戰(zhàn)。1997年由美、德、芬蘭、西班牙、瑞士和日本等國聯(lián)合組織進行“智能制造系統(tǒng)的高生產(chǎn)率和可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究，旨在通過開發(fā)高效、通用、多功能的可重構(gòu)機床和可重構(gòu)操作系統(tǒng)構(gòu)建柔性的高生產(chǎn)率的制造系統(tǒng)。20世紀90年代中期，美國等國家提出了可重構(gòu)制造的概念1996年美國Michigan大學(xué)工程研究中心在美國國家自然基金的資助下從事可重構(gòu)制造系統(tǒng)的系統(tǒng)級設(shè)計、可重構(gòu)機床及其控制器設(shè)計和降低斜升時間等方面的研究[1]；YAMADAY等人采用粒子群算法對制造單元的布局及傳送機器人的分配進行優(yōu)化[2]。美國杜克大學(xué)研制開發(fā)的可重構(gòu)機器人包含大量的“可插拔式”模塊，可以根據(jù)任務(wù)所需要的運動學(xué)和動力學(xué)性能組成各種接口。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)從1996年起，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所針對企業(yè)組織與過程的優(yōu)化重構(gòu)、可重構(gòu)企業(yè)管理信息系統(tǒng)、可重構(gòu)機器人開發(fā)等展了研究，2000年王成恩教授等人主編的《可重構(gòu)制造系統(tǒng)》出版，它是我國第一部全面系統(tǒng)地介紹可重構(gòu)制造系統(tǒng)的專著，它的出版標志著我國對可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究進入了一個新的階段。華東理工大學(xué)的許虹(2007)等對可重構(gòu)機床的基本設(shè)計原理進行了論述，提出了基于工藝規(guī)劃和機床配置并行完成的可重構(gòu)機床設(shè)計方[3]；蔡宗瑣(2016)等對可重構(gòu)制造系統(tǒng)的設(shè)備建模和調(diào)度問題進行了研究，提出了賦時面向?qū)ο蟮木W(wǎng)模型[4]；南京航空航天大學(xué)的張曉峰提出了面向可重組制造單元的系統(tǒng)設(shè)計框架[5]；當前對RMS的研究已經(jīng)涉及制造系統(tǒng)的各個部分但是許多關(guān)鍵的技術(shù)問題還沒有得到很好的解決，RMS的原型系統(tǒng)還沒有真正實現(xiàn)。研究內(nèi)容s第二章可重構(gòu)制造理論綜述可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，需要多個理論支撐。RMS的基礎(chǔ)理論包括系統(tǒng)隨機建模、布局規(guī)劃與優(yōu)化、構(gòu)件集成整合、構(gòu)形原理、可診斷性測度和經(jīng)濟可承受性評估等，使能技術(shù)包括規(guī)劃設(shè)計、快速集成、快速運行、快速分解與重復(fù)利用技術(shù)等。2.1可重構(gòu)概念在研究可重構(gòu)制造系統(tǒng)之前有必要對其涉及到的一些基本概念和原理如重構(gòu)的概念、構(gòu)形原理及相似性原理等進行論述。2.1.1構(gòu)形原理構(gòu)形是很多領(lǐng)域里廣泛使用的概念。每種系統(tǒng)都有確定的物理形態(tài)和抽象的概念模式，因此人們才能將它們從客觀世界中辨別和分離出來。把這些物理形態(tài)或模式在時間坐標上的“定格”，定義為某個系統(tǒng)的構(gòu)形.一個構(gòu)形是確定條件下某個系統(tǒng)的一個臨時固定狀態(tài)。一個系統(tǒng)的構(gòu)形主要包括三個方面:一個包含全部組織構(gòu)件的集合；每種構(gòu)件的屬性或性質(zhì):構(gòu)件關(guān)系(空間、時間、功能、邏輯等)。例如，許多生命體在不同的環(huán)境條件下采取不同的構(gòu)形，達到生存發(fā)展。許多產(chǎn)品如汽車和飛機就是在多種構(gòu)形下開發(fā)和維護來滿足不同的約束集。2.1.2相似性理論拓撲相似性是指有多學(xué)科要求規(guī)定的不變拓撲特征為基礎(chǔ)的廣義相似性。從廣義的角度考慮，它是根據(jù)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)論、人文社會科學(xué)等多學(xué)科定義和保持的不變量的拓撲，可以實現(xiàn)模塊或組元間特定的交互作用與接口特性，可以改變系統(tǒng)或產(chǎn)品的功能、制造流程、輸入與輸出及能力，達到對新的需求與期望快速響應(yīng)的目的，實現(xiàn)“系統(tǒng)整體大于部分之和”的“相乘效果”的設(shè)計集成原理.拓撲相似性就是保持某些規(guī)定拓撲特征不變的事件的集合或子集。當新的需求出現(xiàn)時，對產(chǎn)品、系統(tǒng)的功能、性能、質(zhì)量、交貨期、成本、服務(wù)和規(guī)定不同的基本拓撲特征組合?？芍亟M性就是響應(yīng)新需求的基本拓撲特征不變、基于少量可重構(gòu)模塊平臺，通過物理組態(tài)獲取多樣性的產(chǎn)品、整機或系統(tǒng)，以適應(yīng)需求的多樣性和變化。例如，日本NBI公司由10幾種材料制作的203種規(guī)格花樣的零件可以組合出1121萬種不重樣的自行車。制造系統(tǒng)的相似性包括資源相似性、結(jié)構(gòu)相似性、工序相似性等。這些相似性是制造系統(tǒng)重構(gòu)的基本理論之一。2.1.3重構(gòu)把系統(tǒng)從一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形的變遷稱為重構(gòu)。作為系統(tǒng)形成、成熟和衰敗的主要手段，構(gòu)形和重構(gòu)固有地嵌入與系統(tǒng)的整個生命周期中，重構(gòu)是自然及人工系統(tǒng)生存和發(fā)展的基本手段，在進化過程中許多大型生命體因為不能快速變化而滅絕。這種現(xiàn)象也適用于制造活動。在快速變化的市場環(huán)境下，企業(yè)只有通過動態(tài)重構(gòu)才能生存。重新構(gòu)形能力是制造系統(tǒng)對環(huán)境中各種擾動做出反應(yīng)的根本手段。為了對市場擾動做出反應(yīng)，一個制造系統(tǒng)必須能夠動態(tài)的改變其構(gòu)形的能力。研究和工業(yè)實踐表明，可重構(gòu)性不僅涉及制造系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)，也涉及產(chǎn)品與其他工程系統(tǒng)，甚至軟件工程系統(tǒng)和組織或企業(yè)系統(tǒng)的重構(gòu)/重組，是一個廣泛、極有實用價值的概念。2.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)2.2.1定義重構(gòu)((Reconfiguration，也稱重組或重新配置)指系統(tǒng)從一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)生存和發(fā)展的基本手段?？芍貥?gòu)指系統(tǒng)具有重構(gòu)的能力?？芍貥?gòu)系統(tǒng)指具有可重構(gòu)性的系統(tǒng)，當條件發(fā)生變化時能夠動態(tài)地改變其當前構(gòu)形。制造系統(tǒng)重構(gòu)是一種對現(xiàn)有制造資源進行不同目標的轉(zhuǎn)變。在快速多變的市場環(huán)境，制造系統(tǒng)只有通過動態(tài)重構(gòu)才能快速平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換到新的狀態(tài)，可重構(gòu)性成為其對變化做出反應(yīng)而得以繼續(xù)生存的根本手段?？芍貥?gòu)性是可重構(gòu)制造系統(tǒng)最顯著的特性。1997年美國Lowa州立大學(xué)的Lee教授把可重構(gòu)性定義為以低的成本和短的周期重組制造系統(tǒng)的能力?？芍貥?gòu)性也稱為可重組性。制造系統(tǒng)的可重構(gòu)性包括兩個方面:制造資源的可重構(gòu)和制造設(shè)施的可重構(gòu)性。其中制造設(shè)施的重構(gòu)可分為三個層次:a)制造系統(tǒng)層的重構(gòu)，主要包括生產(chǎn)線、傳動系統(tǒng)或制造單元的重構(gòu)；b)制造設(shè)備的重構(gòu)，即加工機床的重構(gòu)；c)子系統(tǒng)或部件的重構(gòu)，包括各種功能部件、組件和輔助系統(tǒng)的重構(gòu)。清華大學(xué)羅振璧教授對可重構(gòu)制造系統(tǒng)做出定義：RMS是一種能夠按市場需求變化和系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計的規(guī)定，以重排(重新組態(tài))、重復(fù)利用和更新系統(tǒng)組態(tài)或子系統(tǒng)的方式，實現(xiàn)低的重構(gòu)成本、短的系統(tǒng)研制周期和斜升時間、高的質(zhì)量和投資效益，快速調(diào)整制造過程、生產(chǎn)功能和生產(chǎn)能力的可變制造系統(tǒng)。2.2.2RMS分類按照管理和實施RMS的過程可以將RMS分為以下幾類重構(gòu)：1.外部組織重構(gòu)指不同企業(yè)間的組織重構(gòu)?？煞譃殪o態(tài)重構(gòu)和動態(tài)重構(gòu)兩種形式，前者指宏觀經(jīng)濟意義上的企業(yè)合并、資產(chǎn)重組或在經(jīng)營狀況極端惡化時的企業(yè)破產(chǎn)，具有靜態(tài)性和永久性，常由宏觀經(jīng)濟標準進行評價；后者指企業(yè)為及時響應(yīng)市場機遇而與其他在地理上分布的企業(yè)以動態(tài)聯(lián)盟(敏捷制造)的形式進行動態(tài)和臨時性組合。2.內(nèi)部組織重構(gòu)指企業(yè)內(nèi)部不同組織單元間以及同一組織單元內(nèi)部的重構(gòu)。重構(gòu)時每個組織單元根據(jù)內(nèi)外部要求通過自組織、自優(yōu)化和自相似對結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)，內(nèi)部過程的不斷演化逐漸形成相對穩(wěn)定的單元結(jié)構(gòu)，不同單元間進行協(xié)作，以最優(yōu)方式支持企業(yè)組織整體重構(gòu)目標。主要任務(wù)是把企業(yè)的復(fù)雜遞階組織結(jié)構(gòu)化成扁平結(jié)構(gòu)，對組織進行徹底改革，消除管理和組織中的冗余。3.產(chǎn)品重構(gòu)指在設(shè)計階段由用戶需求變化、材料節(jié)約和環(huán)境保護等因素驅(qū)使而進行的涉及產(chǎn)品全生命周期的重構(gòu)。主要內(nèi)容是:進行產(chǎn)品的變形設(shè)計，指在零部件結(jié)構(gòu)形狀己確定的條件下，通過系統(tǒng)地改變其尺寸而進行產(chǎn)品設(shè)計，更好的使用和重用工程知識，對新零部件的要求通過已有零部件的設(shè)計獲得多樣的零件和組件；按多構(gòu)型設(shè)計、開發(fā)和管理產(chǎn)品，2.2.3RMS評價指標制造系統(tǒng)重構(gòu)主要有3個目的，即調(diào)整制造系統(tǒng)的功能、產(chǎn)量和技術(shù).因此，根據(jù)重構(gòu)的目的，制造系統(tǒng)重構(gòu)可以分為以下3種類型：1.功能重構(gòu)：調(diào)整生產(chǎn)線的制造功能以適應(yīng)新的產(chǎn)品和新的生產(chǎn)工藝。2.產(chǎn)量重構(gòu)：調(diào)整生產(chǎn)線以適應(yīng)新的產(chǎn)量。3.技術(shù)重構(gòu)：允許新的制造技術(shù)、加工設(shè)備集成到生產(chǎn)線中，以提高制造量。上述3種重構(gòu)類型并不是孤立的，重構(gòu)可以同時具有這3種目的.為確保制造系統(tǒng)具有可重構(gòu)性，新的制造系統(tǒng)設(shè)計從一開始就必須從可重構(gòu)的角度出發(fā)制造系統(tǒng)重構(gòu)是一個滿足一定約束條件實現(xiàn)最優(yōu)的目標函數(shù)的過程，其約束條件為:生產(chǎn)節(jié)拍、可靠性與產(chǎn)量已有資源的最大限度利用公共地基上物流最優(yōu)，布局合理。重構(gòu)的好壞應(yīng)從幾個方面進行評價1.低的生產(chǎn)成本和重組成本的綜合值(cost)重組成本包含設(shè)備移位、調(diào)試、增添和重組停工損失等費用.2.短的設(shè)計建造時間和斜升時間(time)斜升時間，指新建或重組制造系統(tǒng)運行開始后達到規(guī)劃或設(shè)計規(guī)定的質(zhì)量，運轉(zhuǎn)時間和成本的過渡時間.它是制造系統(tǒng)重組可行性的一個重要性能測度指標.3.最大限度地利用已有的資源(resource)可重構(gòu)制造系統(tǒng)的一個主要特點就是要最大限度地利用已有的生產(chǎn)資源.4.在公共地基上達到物流最優(yōu)(stream)現(xiàn)在傾向于利用變長、變寬和變深的物流河理論描述，研究變流理論的目的在于及時檢測、控制物流河，使物流系統(tǒng)新建、重組后快速達到和保持系統(tǒng)運行性能的技術(shù)經(jīng)濟指標。C、T、R、S是可重構(gòu)制造的評價指標.當然，4個評價指標是相互依存相互矛盾的，在進行制造系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計時可以運用計算機技術(shù)和仿真技術(shù)全面考慮，在它們之間取得和諧的平衡2.2.4RMS特性模塊化指RMS的主要構(gòu)件(如結(jié)構(gòu)元件，主軸，控制器，軟甲和組合夾具.刀具都等是模塊化的1.繼承性值RMS的設(shè)備和控制模塊等構(gòu)件具有其他構(gòu)件集成的接口以及易于引進新技術(shù)的性能2.可重用性指在滿足相同生產(chǎn)的需求前提下，使用RMS比使用傳統(tǒng)制造系統(tǒng)更節(jié)約成本的性能，即用對已經(jīng)有系統(tǒng)進行重構(gòu)的方式成本要低于首次構(gòu)建的方式購建制造系統(tǒng)成本的可能。3.可轉(zhuǎn)化性指對RMS重構(gòu)后的產(chǎn)品加工質(zhì)量和可靠性進行探測的能力。2.2.5RMS在制造業(yè)的應(yīng)用原理可重構(gòu)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)及方法，在實際應(yīng)用中是通過生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)訂單定制的生產(chǎn)工藝路線，通過傳輸運送單元連接多功能工作站，運送工作站所需要的待加工產(chǎn)品，各個功能單元與整個系統(tǒng)架構(gòu)下的機械，電氣及軟件等采取標準化接口，并根據(jù)不同產(chǎn)或不同的生產(chǎn)工藝要求，來配置工作職能的不同工作模塊的組合，先后順序或不同數(shù)量的工作站等來實現(xiàn)構(gòu)建不同的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在同一生產(chǎn)制造系統(tǒng)構(gòu)架下進行可產(chǎn)品多樣化，且生產(chǎn)工藝可調(diào)，生產(chǎn)工序可調(diào)，切換工作站模塊的時候，操作方便，充分體現(xiàn)設(shè)備的可重構(gòu)理念，大大提高生產(chǎn)制造的利用率，節(jié)約投資成本的特點。

第三章四方公司制造流程現(xiàn)狀及問題3.1公司介紹四方制造股份有限公司創(chuàng)建于1992年，現(xiàn)有員工5000多人，由于收到疫情的影響，2020年營業(yè)收入為67.33億元，比2019年降低了13%左右，2021年第一季度營業(yè)額為21億元，預(yù)計2021年營業(yè)額將達到78億元，科達制造涵蓋陶瓷機械、墻材機械、石材機械等建材機械、海外陶瓷生產(chǎn)及銷售、節(jié)能環(huán)保、鋰電材料、液壓泵、流體機械、智慧能源等業(yè)務(wù)。四方制造蓋陶瓷機械、墻材機械、石材機械等建材機械、海外陶瓷生產(chǎn)及銷售、節(jié)能環(huán)保、鋰電材料、液壓泵、流體機械、智慧能源等業(yè)務(wù)。其中陶瓷機械為四方制造主要的主要收入來源，大約占了36%，在建材機械領(lǐng)域，科達制造一舉實現(xiàn)“陶機裝備國產(chǎn)化”、“做世界建材裝備行業(yè)的強者”的歷史目標，出色完成從單一設(shè)備供應(yīng)商向陶瓷整廠整線工程供應(yīng)商的轉(zhuǎn)變，成長為我國乃至世界陶瓷機械行業(yè)龍頭企業(yè)。下面是四方制造六年內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表1.1四方企業(yè)近六年生產(chǎn)數(shù)據(jù)營業(yè)額營業(yè)成本利潤利潤占比201561.71億56.77億元5.947.48%201664.22億57.88億元6.348.82%201766.35億60.63億元5.758.32%201871.23億63.09億元7.149.98%201975.11億68.33億元7.7810.32%202067.3362.08億元5.258.83%3.2制造流程存在問題及成因通過以上數(shù)據(jù)可以得出，除了2020年因為疫情發(fā)生，此公司的營業(yè)額逐年遞增，也說明了這個行業(yè)具有生產(chǎn)前景，但隨著而來的就是營業(yè)成本越來越多，在一個生產(chǎn)企業(yè)中，營業(yè)成本中最主要的部分是制造成本，制造成本越來越多，也極大的影響了公司的營業(yè)情況，更嚴重的是，生產(chǎn)成本的增加帶來了生產(chǎn)數(shù)據(jù)下降，生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問題，供不應(yīng)求等問題主要有以下原因：1.裝配員工勞動強度大。許多作業(yè)動作，特別是負重的裝配動作，都是依賴作業(yè)人員人工完成。其根本原因是該工廠制造系統(tǒng)的集成性和相似性較低，應(yīng)該將具有主要特征的產(chǎn)品歸類成為系列化產(chǎn)品。這樣具體化的可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)將有助于提高制造速度、精確度和機器壽命。2該工廠得到維護成本較高，該工廠可重構(gòu)系統(tǒng)的模塊化程度不是很高，可重構(gòu)系統(tǒng)功能沒有進行詳細的分解，以至于當系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候不能快速找到影響質(zhì)量的原因，也不能借助統(tǒng)計分析、信號處理和模式識別等技術(shù)來保證高質(zhì)量產(chǎn)品。3工廠RMS的整體布局設(shè)置不合理，造成例如工序調(diào)整后，設(shè)備位置不合理，物料堆放場地缺失，物料搬運不方便等問題。特別是裝配區(qū)的布局不合理，造成各個工藝環(huán)節(jié)的物料都往對應(yīng)的裝配設(shè)備單元送，場地占用一大堆，可利用率卻很低。第四章可重構(gòu)技術(shù)在四方公司的應(yīng)用方案針對以上問題做了下面具體的應(yīng)用設(shè)計方案，包括基于公理設(shè)計可重構(gòu)系統(tǒng)方案，將系統(tǒng)進行模塊化，相似性和集成化管理，和可重構(gòu)制造系統(tǒng)的設(shè)施規(guī)劃，以減少物流運輸成本和生產(chǎn)成本。4.1基于公理設(shè)計的可重構(gòu)制造系統(tǒng)設(shè)計方案公理設(shè)計是美國斯坦福大學(xué)以Suh為首的設(shè)計理論研究小組所提出的設(shè)計理論，公理設(shè)計的出發(fā)點是將傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為基礎(chǔ)的設(shè)計活動，建立以科學(xué)公理、法則為基礎(chǔ)的公理體系，通過為設(shè)計師提供一個基于邏輯和理性思維過程及工具的理論來改進設(shè)計活動，公理設(shè)計理論是基于數(shù)學(xué)和工程設(shè)計學(xué)創(chuàng)建的一種設(shè)計科學(xué)，指導(dǎo)設(shè)計者在設(shè)計過程中實時檢查設(shè)計的合理性、預(yù)測設(shè)計的強健性，其提供的邏輯化設(shè)計框架和理性決策的基本公理，使這門設(shè)計科學(xué)易于眾多設(shè)計者掌握，這對于減少設(shè)計風(fēng)險和設(shè)計成本、提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率、積累產(chǎn)品知識和設(shè)計過程知識都具有非常重要的意義公立設(shè)計的目的是為了解決以下問題：對某一個產(chǎn)品實現(xiàn)的功能要求，所設(shè)計出來的方案能否滿足產(chǎn)品的功能需求，滿足功能的程度如何；當有多個設(shè)計方案的時候，怎么選擇更加合理等。公理設(shè)計方法包含5個主要概念:域、層次結(jié)構(gòu)、映射和兩條設(shè)計公理。公理設(shè)計理論認為，設(shè)計問題由四個域組成，分別為；用戶域、功能域、物理域和工藝域。各種類型設(shè)計問題都可以用這四個域表示，包括制造過程設(shè)計、材料設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、服務(wù)和組織設(shè)計都是普遍適用的，只是不同的設(shè)計問題的需求目標會有所不同。四個域的互相關(guān)系和作用如圖1所示。對于每一對相鄰的域，左邊域表示“要實現(xiàn)什么”，右邊的域表示“如何實現(xiàn)左邊域所規(guī)定的目標”。為了能夠詳細了解右邊域能否真正滿足左邊域的要求，二者需要通過“映射”矩陣建立關(guān)系。圖4.1公理設(shè)計中域之間的相互關(guān)系公理設(shè)計理論認為設(shè)計是一個自頂向下的過程，可以從設(shè)計抽象概念的高層次到詳細細節(jié)的低層展開或者分解，每一層的各個域中都有一定設(shè)計目標，高層級的決策影響到低層次問題的求解。在FR向底層分解時，低層FR與高層DP相適應(yīng)，這樣形成了FR※DP※FR(低層次的)往復(fù)過程，設(shè)計就是在各個域中曲折進行設(shè)計問題的求解，直到分解的子問題都已經(jīng)解決為止。圖4.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的功能分解圖4.3可重構(gòu)制造系統(tǒng)的工作流程4.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)在車間生產(chǎn)線上的具體應(yīng)用方案可重構(gòu)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)及方法，通過生產(chǎn)管理軟件根據(jù)生產(chǎn)定單制定的生產(chǎn)工藝路線，通過傳送運輸單元（如AGV小車、傳送帶等)連接工作站，運送工作站所需要的代加工品，工作站與整個系統(tǒng)構(gòu)架下的機械、電氣和軟件等接口采取標準化通過根據(jù)不同產(chǎn)品和不同的生產(chǎn)工藝要求來配置不同功能模塊的組合方式、先后順序以及數(shù)量配備等來實現(xiàn)構(gòu)建不同的生產(chǎn)制造系統(tǒng)。在同一生產(chǎn)制系統(tǒng)構(gòu)架下進行可實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化生產(chǎn)，且生產(chǎn)工藝可調(diào)，生產(chǎn)工序可調(diào)的制造系統(tǒng)重構(gòu)，切換工作站各功能模塊時，操作簡便，大大提高生產(chǎn)制造的利用率，節(jié)約投資成本的特點。模塊介紹：如圖4所示是本文描述的一種可重構(gòu)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)工作流程圖流程圖，其特征在于:包括生產(chǎn)管理軟件和硬件執(zhí)行單元，所述生產(chǎn)管理軟件用于管理硬件執(zhí)行單元。生產(chǎn)管理軟件可以是MES、ERP等生產(chǎn)管理軟件，所述硬件執(zhí)行單元包括立體倉儲模塊、傳送運輸單元、工作站、總控單元。立體倉儲模塊:用于放置待加工品或成品；傳送運輸單元，用于傳送半成品或生產(chǎn)后的成品，建立立體倉儲模塊、工作站之間連接?？偪貑卧?，所述總控單元內(nèi)嵌入有生產(chǎn)管理軟件，用于控制立體倉儲模塊、傳送運輸單元、工作站之間的相互調(diào)度。工作站，可根據(jù)立體倉儲模塊內(nèi)的產(chǎn)品和相應(yīng)的生產(chǎn)工藝要求配置，完成生產(chǎn)管理軟件規(guī)定的生產(chǎn)制造，整個系統(tǒng)構(gòu)架下的機械、電氣和軟件等接口采取標準化，通過根據(jù)不同產(chǎn)品和(或)不同的生產(chǎn)工藝要求來配置不同功能模塊的組合方式、先后順序以及數(shù)量配備等從而來實現(xiàn)構(gòu)建不同的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，工作站根據(jù)生產(chǎn)要求，可以是加工、裝配、檢測等功能單元，具體的組合形式、數(shù)量及順序根據(jù)生產(chǎn)制造要求而定，工作站可替換或重新設(shè)計。如圖5所示，包括立體倉儲模塊1、入庫平臺2、RFID模塊3、出庫平臺4、傳送運輸單元5(AGV小車）、工作站6、展示單元7和總控單元8，生產(chǎn)管理軟件嵌入在總控單元8內(nèi)，所述立體倉儲模塊1的兩側(cè)分別連接有入庫平臺2、出庫平臺4,所述RFID模塊3為兩組，分別安裝在入庫平臺2、出庫平臺4上，所述傳送運輸單元5(AGV小車）用于將出庫平臺4上的待加工品運輸?shù)焦ぷ髡?上或?qū)⑷霂炱脚_2上的待加工品或成品運輸?shù)搅Ⅲw倉儲模塊1內(nèi)，所綜述控制單元8分別與立體倉儲模塊1、入庫平臺2、RFID模塊3、出庫平臺4、傳送運輸單元5工作站6相連接，所述展示單元7與總控單元8相連接?；谏鲜龅目芍貥?gòu)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)制造方法，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)生產(chǎn)定單，通過入庫平臺把所需要待加工品添加到立體倉儲模塊的待加工品碼放區(qū)域，進行出庫操作，并通過RFID模塊對待加工品進行編碼；步驟2，根據(jù)生產(chǎn)定單，在工作站的一組工作臺上更換所需要的功能模塊；步驟3，通過總控單元嵌入的生產(chǎn)管理軟件建立工藝路線，確定工作站上的作業(yè)內(nèi)容；步驟4，總控單元通過生產(chǎn)管理軟件向立體倉儲模塊發(fā)出取料指令，立體倉儲模塊把指定的待加工品放置到出庫平臺上；步驟5，總控單元通過生產(chǎn)管理軟件向傳送運輸單元發(fā)出取料指令和送料指令，傳送運輸單元將出庫平臺上指定的待加工品送到工作站；步驟6，工作站根據(jù)確定的作業(yè)內(nèi)容，對待加工品進行加工，完成一步加工內(nèi)容后，反饋給總控單元；步驟7，總控單元向傳送運輸單元發(fā)送到工作站接成品指令，傳送運輸單元根據(jù)工藝路線，把上一步加工完成的待加工品送至工作站上的下一工作站，重復(fù)步驟6，直到完成成品加工；步驟8，通過總控單元控制傳送運輸單元,將成品送到入庫平臺，通過RFID模塊進行編碼識別無誤后，入庫平臺將成品運送至立體倉儲模塊的成品碼放區(qū)域，返回步驟(4)，進行下一編碼的待加工品處理。圖4.4可重構(gòu)生產(chǎn)制造流程圖圖4.5設(shè)置有兩個工作臺示例的結(jié)構(gòu)示意圖4.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的設(shè)施規(guī)劃首先，制造系統(tǒng)可重構(gòu)布局研究的對象是各種模塊化的制造單元。幾十年制造自動化技術(shù)發(fā)展的實踐表明，集成化是建立在單元化的基礎(chǔ)上的，功能模塊標準化就是為發(fā)展制造系統(tǒng)提供高質(zhì)量的“預(yù)功能模塊標準化的好處是非常巨大的。一方面，模塊化的制造系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)的費用。如果某一生產(chǎn)過程的“瓶頸”設(shè)備完全與整個制造系統(tǒng)的其他部分“解耦”，就可以方便地將該設(shè)備剔除出生產(chǎn)系統(tǒng)而對制造系統(tǒng)的其余部分不造成影響。另一方面，制造系統(tǒng)模塊化有助于縮短系統(tǒng)的調(diào)試周期，便于系統(tǒng)優(yōu)化與擴展。當系統(tǒng)底層模塊的屬性已知，各個模塊之間的關(guān)系理順后，系統(tǒng)規(guī)劃層就可針對生產(chǎn)要求協(xié)調(diào)好各個模塊之間的關(guān)系，迅速地改變制造系統(tǒng)加工能力。應(yīng)當注意到可重構(gòu)布局的研究是建立在現(xiàn)有布局基礎(chǔ)上的研究。依賴現(xiàn)有的制造單元是可重構(gòu)制造系統(tǒng)布局研究的出發(fā)點。為減少重新配置系統(tǒng)的代價，應(yīng)盡量減少現(xiàn)有布局的改變。系統(tǒng)的重構(gòu)配置不是完全推倒現(xiàn)有系統(tǒng)，而是盡量利用現(xiàn)有的制造資源。不充分利用這些已購置的設(shè)備與儀器，僅僅依賴于重新添置新的加工設(shè)備必然會導(dǎo)致極大的浪費。同時，應(yīng)該重視現(xiàn)有的各種加工技術(shù)與經(jīng)驗教訓(xùn)并把它們集成到新的制造系統(tǒng)中去，這是因為只有對現(xiàn)有系統(tǒng)有了充分的認識才能正確發(fā)現(xiàn)滿足新的生產(chǎn)任務(wù)的方法。如何選取應(yīng)該重新配置的模塊強烈地依賴于各種專家知識的提取，而現(xiàn)有的各種制造經(jīng)驗會成為將來重新構(gòu)造系統(tǒng)的重要規(guī)則，、因此，在研究可重構(gòu)系統(tǒng)布局時首先應(yīng)對現(xiàn)有系統(tǒng)有充分而全面的認識?？芍貥?gòu)布局研究的一個重要問題是研究如何提供一套綜合的、系統(tǒng)的方法實現(xiàn)制造系統(tǒng)的布局設(shè)計。4.2.1RMS的工廠整體布置1.布置原則總體布置應(yīng)符合基本工藝過程，減少物料回流率，物流路線順暢；重視各作業(yè)單位之間的密切程度，相關(guān)性大的單位就近布置；內(nèi)外協(xié)調(diào)；道路、鐵路便捷；合理用地；適應(yīng)自然條件；安全、環(huán)保。2.布置設(shè)計的方法RRMS的工廠布置宜采用系統(tǒng)布置設(shè)計為主，兼顧功能廠區(qū)區(qū)劃的混合設(shè)計模式。即按物流量及物流路線，分析各作業(yè)單位間的相關(guān)程度，并考慮非物流因素進行系統(tǒng)布置，同時考慮各作業(yè)單位的功能、生產(chǎn)性質(zhì)、衛(wèi)生、防火、運輸?shù)纫?，以求物流符合生產(chǎn)過程的需要，物料搬運費最少，管理方便，為職工提供方便安全舒適的作業(yè)、工作環(huán)境。例:大件生產(chǎn)如機床床身、箱體、機架類是最不適合搬運的，那么大件車間應(yīng)靠近鑄、鍛車間、裝配車間；而裝配車間又應(yīng)靠近企業(yè)物流的出口；原材料庫應(yīng)靠近企業(yè)物流的入口；化學(xué)品倉庫應(yīng)設(shè)在相對偏僻及周圍開闊通風(fēng)好的場所等。3.RMS的車間劃分把工廠劃分出下一級子系統(tǒng)，直接從事生產(chǎn)的是車間，備料及坯料制作、項目車間、多品種生產(chǎn)車間(大件車間、若干個中小零件車間)、自動化裝配車間、油漆、包裝等子系統(tǒng)。項目車間———其特征是以產(chǎn)品為中心布置。4.機床，主要用于大型重型產(chǎn)品的生產(chǎn)，被加工或裝配的產(chǎn)品在制造過程中位置不變，如圖6所示，可把這種布置看成“星形”拓撲結(jié)構(gòu)。多品種生產(chǎn)車間——以車間以成組原則劃分，每個車間又由若干個成組單元組成，可完成不同零件組、族的加工。

圖2.6以產(chǎn)品為中心的布置4.2.2RMS的車間建筑設(shè)計與車間布置按傳統(tǒng)的設(shè)施布局在一個車間只能構(gòu)成一種或少數(shù)種流動形式，如圖7。RRMS的多品種零件生產(chǎn)車間廠房設(shè)計多個跨度，可匯集更多的設(shè)備，面積也較大，形成若干個作業(yè)區(qū)域，布置多個柔性制造單元，視加工需要作業(yè)區(qū)可分可合，在一個車間內(nèi)可形成多種流動，實現(xiàn)物流路線的重構(gòu)，如圖8。柱既有支撐作用，又是虛擬隔離物，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)的劃分；多個門便于多種流動與外界銜接；工作站之間有AGV(無軌輸送系統(tǒng))導(dǎo)軌，無軌小車可達各工作站，適當配置工業(yè)機器人，以適應(yīng)物流系統(tǒng)的改寫。

圖2.7單一流動型圖2.8集約式多品種中小零件生產(chǎn)車間

結(jié)語本課題對機械零件制造企業(yè)的可重構(gòu)制造執(zhí)行系統(tǒng)的建模與實現(xiàn)進行了較好的嘗試，但要更加高效地發(fā)揮制造執(zhí)行系統(tǒng)在企業(yè)管理中的作用，還有很多問題值得進一步深入地研究。首先，制造執(zhí)行系統(tǒng)是為了實現(xiàn)過程運行的管理和企業(yè)級的信息系統(tǒng)與低層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成，它是連接企業(yè)的上層計劃與低層設(shè)備之間的橋梁。因此，制造執(zhí)行系統(tǒng)與計劃系統(tǒng)的集成，以及與低層自動化控制系統(tǒng)的集成己經(jīng)成為一個重要課題。其次，企業(yè)制造系統(tǒng)的可重構(gòu)方法仍然是需要深入研究的一項重要課題，系統(tǒng)對來自于企業(yè)內(nèi)外部的多種多樣變化的適應(yīng)能力直接關(guān)系到系統(tǒng)實施的成功與否。最后，由于公司的信息化改造過程是一個龐大的工程，企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)本身也是一個正在成長的課題，不可能在短時間內(nèi)得到徹底完善和應(yīng)用，因此制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施也是一個逐步的過程。參考文獻[1]KORENY,HEISELU,