一、概述(shu)

柔(rou)性自動化(hua)生產技(ji)術(shu)(shu)簡稱柔(rou)性制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)(shu)，它以(yi)工(gong)(gong)藝設計(ji)為先(xian)導，以(yi)數控技(ji)術(shu)(shu)為核心，是自動化(hua)地(di)完成(cheng)企業多品(pin)種、多批量的(de)加工(gong)(gong)、制(zhi)(zhi)造(zao)、裝配、檢(jian)測(ce)等過程的(de)先(xian)進生產技(ji)術(shu)(shu)。它涉及到計(ji)算機(ji)、網絡、控制(zhi)(zhi)、信息、監測(ce)、生產系統仿真、質量控制(zhi)(zhi)與生產管理等技(ji)術(shu)(shu)。其(qi)主要研(yan)究范(fan)圍一般可(ke)分為：

1、適用于柔性自動化(hua)生產的設(she)備

包(bao)括數控機床(chuang)、輔機、傳輸裝置、機器(qi)人(ren)、存儲裝置、柔(rou)性自(zi)動裝夾具(ju)、檢具(ju)、交換裝置及(ji)更換裝置、接口等。

2、自動化控制(zhi)和管理技術

包括分布式數字控制技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、質量(liang)統計和管理信息集成技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、生(sheng)產規則和動態調度控制技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、計算機技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、網絡(luo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、通(tong)訊技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、生(sheng)產系統仿(fang)真技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)等。

3、聯(lian)線技術(shu)

根據工(gong)藝設(she)計，將各種設(she)備聯線，形成一個自動(dong)化生產的有(you)機整體，既(ji)具有(you)一定(ding)范圍的適用性(xing)，又具有(you)較好(hao)的可變性(xing)。包括FMC、FMS、FML、FA等。

二(er)、選(xuan)擇依據

柔(rou)性(xing)自動化生產技術(shu)的(de)高效(xiao)性(xing)、靈活性(xing)和(he)縮(suo)短(duan)投產準(zhun)備時(shi)間等特(te)性(xing)使(shi)其(qi)成為實施(shi)靈捷制(zhi)造(zao)、并(bing)行工(gong)程、精益生產和(he)智能制(zhi)造(zao)等先進制(zhi)造(zao)系統的(de)基(ji)礎。

柔性自動(dong)化生產技術起源于切削加(jia)工(gong)(gong)，至今已遍及到(dao)機械(xie)制造業(ye)的各個領(ling)域，包括：電火花加(jia)工(gong)(gong)、激光加(jia)工(gong)(gong)、板材剪切和折(zhe)彎、沖壓加(jia)工(gong)(gong)、水噴射加(jia)工(gong)(gong)、焊接及自動(dong)化裝配等，甚至還應用(yong)到(dao)測量、熱處(chu)理(li)和噴漆涂覆等領(ling)域。

柔性(xing)自(zi)動(dong)化生產技(ji)術(shu)是(shi)當前(qian)機械制(zhi)造(zao)業適應市(shi)場動(dong)態需求(qiu)及(ji)產品不斷迅(xun)速更新的(de)主(zhu)要手段(duan)，是(shi)先進制(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)的(de)基礎技(ji)術(shu)。實(shi)踐(jian)證(zheng)明，應用由不同柔性(xing)自(zi)動(dong)化水平(ping)構(gou)成的(de)制(zhi)造(zao)系統(tong)可提高(gao)生產率1-4倍，新產品試(shi)制(zhi)周期(qi)和(he)費用減少1/3-1/2。從而可縮(suo)短制造周期和交貨(huo)期，加快產(chan)品更(geng)新換代，大(da)幅度(du)降低(di)成本，提高企業(ye)對(dui)市場變化的應(ying)變能力和競爭能力，給(gei)企業(ye)帶(dai)來(lai)明顯(xian)的經濟效益。

為了提高我國在國際市場上的競(jing)爭(zheng)能力和振興機械制造業(ye)，采(cai)用先進制造技(ji)術勢(shi)在必行，但FMC、FMS、FML、FA…等是附加(jia)值(zhi)高(gao)(gao)的(de)高(gao)(gao)科技(ji)產品，依靠進口(kou)則費用(yong)高(gao)(gao)昂，而(er)且(qie)(qie)制造系統包(bao)含(han)著(zhu)技(ji)術、管理和人(ren)文意(yi)識，故必須我國自行研制，才能(neng)結合國情，達到先(xian)進而(er)適(shi)用(yong)，且(qie)(qie)能(neng)節約大(da)量(liang)外(wai)匯(hui)，取得巨大(da)的(de)經濟效益。

三(san)、現狀(zhuang)及國內外發展趨勢

美、日、德三國分別于68年(nian)(nian)、70年(nian)(nian)和71年(nian)(nian)開發了首套(tao)(tao)FMS。到(dao)90年(nian)(nian)代全世界擁有1200套(tao)(tao)左右FMS，其中日本(ben)擁有400套(tao)(tao)，美國150套(tao)(tao)，德國100套(tao)(tao)。自85年(nian)(nian)到(dao)90年(nian)(nian)FMS的(de)年(nian)(nian)平均增(zeng)長(chang)率(lv)為(wei)28.7%。而同期FMC的(de)年(nian)(nian)平均增(zeng)長(chang)率(lv)為(wei)72.8%，即FMC的(de)增(zeng)長(chang)率(lv)是FMS的(de)2.54倍。

這是(shi)由于FMS是根據(ju)加工的(de)(de)零件(jian)族(zu)的(de)(de)工藝選用合適(shi)數(shu)控機(ji)床的(de)(de)品種和(he)數(shu)量(liang)組成的(de)(de)制(zhi)造(zao)系(xi)統，因(yin)而系(xi)統較(jiao)(jiao)復雜(za)，雖(sui)然生產效率高(gao)(gao)，但(dan)投(tou)資(zi)(zi)較(jiao)(jiao)大，資(zi)(zi)金回(hui)收期長，也(ye)就(jiu)承擔較(jiao)(jiao)大的(de)(de)風險。而FMC由于是采用模塊化設(she)計，數(shu)控機(ji)床品種單一(yi)，系(xi)統結(jie)構比較(jiao)(jiao)穩定，可(ke)靠性高(gao)(gao)，且(qie)可(ke)根據(ju)需要(yao)擴展組成FMS，有(you)更好的(de)(de)柔性，較(jiao)(jiao)少的(de)(de)投(tou)資(zi)(zi)，調整周期短，見較(jiao)(jiao)快，經濟效益高(gao)(gao)些，故(gu)自80年(nian)代中期以(yi)來(lai)FMC已成為柔性制(zhi)造(zao)系(xi)統中主要(yao)發展的(de)(de)工程產品。

1990年(nian)全(quan)球(qiu)FMS的銷(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)售額(e)(e)超過了20億(yi)美(mei)元，FMC銷(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)售額(e)(e)逾40億(yi)美(mei)元，兩者約占(zhan)當年(nian)世界機(ji)床(chuang)總銷(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)售額(e)(e)的15%，約占(zhan)數控機(ji)床(chuang)銷(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)售額(e)(e)的30%以上。包括各類(lei)數控機(ji)床(chuang)在(zai)內的柔性制(zhi)造機(ji)床(chuang)和系統(tong)(tong)的產(chan)(chan)值(zhi)約占(zhan)90年(nian)世界機(ji)床(chuang)總產(chan)(chan)值(zhi)465億(yi)美(mei)元的55%，其中(zhong)日本和聯邦(bang)德國分別(bie)高達75%和70%，并呈逐年(nian)增加的趨(qu)勢(shi)。因而適用(yong)于(yu)柔性自動化生產(chan)(chan)的機(ji)床(chuang)和系統(tong)(tong)已成為(wei)機(ji)床(chuang)工業(ye)的主導產(chan)(chan)品。

1958年清華大學與北(bei)京(jing)第一(yi)機(ji)床廠合作研(yan)制(zhi)(zhi)了(le)我(wo)國(guo)(guo)第一(yi)臺數(shu)控(kong)銑(xian)床，雖與日本研(yan)制(zhi)(zhi)數(shu)控(kong)車(che)(che)床和(he)(he)數(shu)控(kong)銑(xian)床的(de)(de)時間接近，但由(you)于(yu)數(shu)控(kong)系統和(he)(he)相關的(de)(de)電、液元(yuan)件未得(de)到相應(ying)的(de)(de)發(fa)展，所(suo)以并沒(mei)有能形成(cheng)(cheng)(cheng)數(shu)控(kong)機(ji)床產業(ye)(ye)。直到“六五”期間由(you)北(bei)京(jing)機(ji)床研(yan)究所(suo)引進日本FANUC數(shu)控(kong)和(he)(he)伺服系統技術(shu)，并經(jing)“七五”、“八(ba)五”在引進數(shu)控(kong)技術(shu)的(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)上消化吸收(shou)，才從80年代起逐步形成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)我(wo)國(guo)(guo)完(wan)整的(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)床產業(ye)(ye);同(tong)時開(kai)發(fa)了(le)在CNC單機(ji)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)上配置(zhi)工件自(zi)動(dong)輸送(song)和(he)(he)托(tuo)盤交換裝置(zhi)的(de)(de)FMC，自(zi)主研(yan)制(zhi)(zhi)了(le)以國(guo)(guo)產設(she)備為主組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)箱體加(jia)工FMS和(he)(he)板材(cai)沖壓成(cheng)(cheng)(cheng)型FMS等(deng)，并為國(guo)(guo)內(nei)汽車(che)(che)行業(ye)(ye)和(he)(he)摩托(tuo)車(che)(che)行業(ye)(ye)研(yan)制(zhi)(zhi)了(le)柔性自(zi)動(dong)化生產線，發(fa)展了(le)基(ji)(ji)(ji)于(yu)DNC的(de)(de)獨立制(zhi)(zhi)造島和(he)(he)車(che)(che)間集成(cheng)(cheng)(cheng)信息管理系統等(deng)。

但總體而言，無(wu)論在(zai)柔性自(zi)動化生產設備(bei)的應用廣泛性方面(mian)，還是滿(man)足(zu)國內市場需(xu)要方面(mian)，與工(gong)業發達國家相比(bi)有(you)明顯不足(zu)，至(zhi)于作為工(gong)程系統的FMC、FMS和FML等更還處于(yu)初(chu)步發(fa)展階(jie)段。國(guo)內機械(xie)制造業使用的(de)為數不多的(de)FMC、FMS和FML也大多自國(guo)外引進。

從目前來(lai)看，國外柔性(xing)自動化生產技術總(zong)的發展趨勢可歸為3F和3S。

所謂3F為：柔性化(hua)(hua)(Flexibility)、聯盟(meng)化(hua)(hua)(Federalization)、新(xin)穎(ying)化(hua)(hua)(Fashion)。

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

具體來說，大致有下列(lie)四(si)個(ge)方(fang)面：

1)、創(chuang)制新(xin)一代數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，根據應用場合(he)，既有適合(he)自動化的簡約(yue)型高速數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，又有用于模具(ju)加工(gong)的超高速精密(mi)加工(gong)中心，復雜零(ling)件加工(gong)的多(duo)功能復合(he)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)以及新(xin)穎的并聯機構機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(虛擬軸機(ji)床(chuang))等。

2)、發展(zhan)適用于大批量、短(duan)節拍的由(you)數(shu)控機床組成的自動生產線，達到具(ju)有(you)年產量超過30萬件、多品種分批生產的經濟性。

3)、進一步(bu)提高制造系統(tong)的生產(chan)規劃和控(kong)制軟件的面向對象的特性，以增(zeng)強(qiang)其柔性和信息集(ji)成(cheng)性，適應構建CIMS等更高層次柔性(xing)自動化生(sheng)產(chan)系統的需要。

4)、研制(zhi)(zhi)靈(ling)捷制(zhi)(zhi)造(zao)單元，使(shi)其具有高(gao)度的自(zi)律性和良好的重組性，成(cheng)為(wei)分(fen)布式網(wang)絡集成(cheng)的智能體，作為(wei)實現動態聯(lian)盟企(qi)業實施(shi)異地(di)遠程協調(diao)制(zhi)(zhi)造(zao)的基礎(chu)。

國內柔性自動化生產技術的發展(zhan)總趨勢仍是遵循著3F和3S的(de)方向(xiang)，但又有其(qi)特點(dian)：

1)、發(fa)展(zhan)適(shi)(shi)用(yong)、可靠和(he)有價格競(jing)爭力(li)的(de)(de)數控機(ji)床，開發(fa)市場急需的(de)(de)高效(xiao)、精(jing)密(mi)和(he)缺門(men)產品，不斷地(di)提高其功能、性能，更好地(di)適(shi)(shi)應柔性自(zi)動化生產的(de)(de)需求(qiu)。

2)、大力推進分布式數字控制和管(guan)理(DNC)的制(zhi)造系(xi)統，應用DNC技術(shu)有效地(di)提(ti)高(gao)數(shu)控(kong)機床的利用(yong)率和自動化程度(du)。

3)、研制(zhi)以提高系(xi)統的(de)可靠性(xing)(xing)和實(shi)用化為前(qian)提，加強物流(liu)和信息集成(cheng)的(de)柔性(xing)(xing)自動(dong)化生(sheng)產線，以適應我(wo)國汽車、電機、家電等行業的(de)大批、高效和多品種生(sheng)產的(de)需要。

4)、研究適應靈捷(jie)制(zhi)造(zao)(zao)，并(bing)能充分利用現有資(zi)源響(xiang)應市場需要(yao)的分布式網絡(luo)集成制(zhi)造(zao)(zao)系(xi)統(tong)和快速(su)重組制(zhi)造(zao)(zao)系(xi)統(tong)，以(yi)提高我國機械制(zhi)造(zao)(zao)業的市場競爭(zheng)能力(li)和快速(su)響(xiang)應能力(li)。

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