柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)

一、概述

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)稱柔性制造技術(shù)，它以工藝設(shè)計(jì)為先導(dǎo)，以數(shù)控技術(shù)為核心，是自動(dòng)化地完成企業(yè)多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測(cè)等過程的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、控制、信息、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真、質(zhì)量控制與生產(chǎn)管理等技術(shù)。其主要研究范圍一般可分為：

1、適用于柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備

包括數(shù)控機(jī)床、輔機(jī)、傳輸裝置、機(jī)器人、存儲(chǔ)裝置、柔性自動(dòng)裝夾具、檢具、交換裝置及更換裝置、接口等。

2、自動(dòng)化控制和管理技術(shù)

包括分布式數(shù)字控制技術(shù)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和管理信息集成技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)則和動(dòng)態(tài)調(diào)度控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)等。

3、聯(lián)線技術(shù)

根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，將各種設(shè)備聯(lián)線，形成一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)的有機(jī)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(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的高效性、靈活性和縮短投產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間等特性使其成為實(shí)施靈捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造等先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)起源于切削加工，至今已遍及到機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)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(dòng)化裝配等，甚至還應(yīng)用到測(cè)量、熱處理和噴漆涂覆等領(lǐng)域。

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。實(shí)踐證明，應(yīng)用由不同柔性自動(dòng)化水平構(gòu)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(fèi)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(duì)市場(chǎng)變化的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

為了提高我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力和振興機(jī)械制造業(yè)，采用先進(jìn)制造技術(shù)勢(shì)在必行，但FMC、FMS、FML、FA…等是附加值高的高科技產(chǎn)品，依靠進(jìn)口則費(fèi)用高昂，而且制造系統(tǒng)包含著技術(shù)、管理和人文意識(shí)，故必須我國(guó)自行研制，才能結(jié)合國(guó)情，達(dá)到先進(jìn)而適用，且能節(jié)約大量外匯，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

三、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

美、日、德三國(guó)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(guó)150套，德國(guó)100套。自85年到90年FMS的年平均增長(zhǎng)率為28.7%。而同期FMC的年平均增長(zhǎng)率為72.8%，即FMC的增長(zhǎng)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(jī)床的品種和數(shù)量組成的制造系統(tǒng)，因而系統(tǒng)較復(fù)雜，雖然生產(chǎn)效率高，但投資較大，資金回收期長(zhǎng)，也就承擔(dān)較大的風(fēng)險(xiǎn)。而FMC由于是采用模塊化設(shè)計(jì)，數(shù)控機(jī)床品種單一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可靠性高，且可根據(jù)需要擴(kuò)展組成FMS，有更好的柔性，較少的投資，調(diào)整周期短，見較快，經(jīng)濟(jì)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(dāng)年世界機(jī)床總銷售額的15%，約占數(shù)控機(jī)床銷售額的30%以上。包括各類數(shù)控機(jī)床在內(nèi)的柔性制造機(jī)床和系統(tǒng)的產(chǎn)值約占90年世界機(jī)床總產(chǎn)值465億美元的55%，其中日本和聯(lián)邦德國(guó)分別高達(dá)75%和70%，并呈逐年增加的趨勢(shì)。因而適用于柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)床和系統(tǒng)已成為機(jī)床工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

1958年清華大學(xué)與北京第一機(jī)床廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床，雖與日本研制數(shù)控車床和數(shù)控銑床的時(shí)間接近，但由于數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)的電、液元件未得到相應(yīng)的發(fā)展，所以并沒有能形成數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)。直到“六五”期間由北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC數(shù)控和伺服系統(tǒng)技術(shù)，并經(jīng)“七五”、“八五”在引進(jìn)數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上消化吸收，才從80年代起逐步形成了我國(guó)完整的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè);同時(shí)開發(fā)了在CNC單機(jī)基礎(chǔ)上配置工件自動(dòng)輸送和托盤交換裝置的FMC，自主研制了以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主組成的箱體加工FMS和板材沖壓成型FMS等，并為國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)研制了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，發(fā)展了基于DNC的獨(dú)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(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用廣泛性方面，還是滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要方面，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)使用的為數(shù)不多的FMC、FMS和FML也大多自國(guó)外引進(jìn)。

從目前來看，國(guó)外柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面：

1)、創(chuàng)制新一代數(shù)控機(jī)床，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，既有適合自動(dòng)化的簡(jiǎn)約型高速數(shù)控機(jī)床，又有用于模具加工的超高速精密加工中心，復(fù)雜零件加工的多功能復(fù)合機(jī)床以及新穎的并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床(虛擬軸機(jī)床)等。

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

3)、進(jìn)一步提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)劃和控制軟件的面向?qū)ο蟮奶匦?，以增?qiáng)其柔性和信息集成性，適應(yīng)構(gòu)建CIMS等更高層次柔性自動(dòng)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(luò)集成的智能體，作為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟企業(yè)實(shí)施異地遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)制造的基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展總趨勢(shì)仍是遵循著3F和3S的方向，但又有其特點(diǎn)：

1)、發(fā)展適用、可靠和有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控機(jī)床，開發(fā)市場(chǎng)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(yīng)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。

2)、大力推進(jìn)分布式數(shù)字控制和管理(DNC)的制造系統(tǒng)，應(yīng)用DNC技術(shù)有效地提高數(shù)控機(jī)床的利用率和自動(dòng)化程度。

3)、研制以提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用化為前提，加強(qiáng)物流和信息集成的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，以適應(yīng)我國(guó)汽車、電機(jī)、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(yīng)靈捷制造，并能充分利用現(xiàn)有資源響應(yīng)市場(chǎng)需要的分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)和快速重組制造系統(tǒng)，以提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和快速響應(yīng)能力。

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