柔性制造系統(tǒng)的改進(jìn)措施

■甄彩霞，侯宇彬，林 蘭，黃躍娟

■1.齊齊哈爾工程學(xué)院機(jī)電工程系，黑龍江 齊齊哈爾 161005;2.特變電工山東魯能泰山電纜有限公司，山東 濟(jì)南 271219

柔性制造系統(tǒng)(也稱FMS)，是具有高柔性和自動(dòng)化程度較高的制造系統(tǒng)。一般來說，它是指在計(jì)算機(jī)控制下，由一個(gè)自動(dòng)化的物料輸送系統(tǒng)將若干臺(tái)數(shù)控機(jī)床和相關(guān)的其他操作設(shè)備連接在一起的有機(jī)整體，它能夠以小批量和隨機(jī)定貨方式生產(chǎn)一定范圍內(nèi)的系列產(chǎn)品，有效地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性間的矛盾。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，制造手段就成了制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)不斷改進(jìn)的情況下，柔性制造系統(tǒng)具有縮短產(chǎn)品周期、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等優(yōu)點(diǎn)受到了各大企業(yè)的歡迎。

1 柔性制造系統(tǒng)功能與組成

“柔性”是指生產(chǎn)組織形式與自動(dòng)化制造設(shè)備對(duì)加工任務(wù)(工件)的適應(yīng)性。FMS的基本組成部分包括:自動(dòng)化加工設(shè)備、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。

自動(dòng)化加工設(shè)備是計(jì)算機(jī)控制的，具有很高的柔性，是自動(dòng)化制造系統(tǒng)最基本、最重要的設(shè)備。

工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫、工件運(yùn)輸設(shè)備和工件更換裝置等組成。它將工件毛坯或半成品及時(shí)準(zhǔn)確地送到指定加工位置，并將加工好的成品送進(jìn)倉庫或裝卸站。

刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和刀具交換裝置等組成。它為各加工設(shè)備及時(shí)提供所需的刀具，從而實(shí)現(xiàn)刀具供給自動(dòng)化。

FMS的控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)多層控制，通常是三層控制，即單元層、工作站層和設(shè)備層。其基本思想是將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)劃分為若干層次，各層次分別獨(dú)立完成各自的控制任務(wù)，層與層之間進(jìn)行信息交換，上層向下層發(fā)送命令，下層為上層服務(wù)并會(huì)送執(zhí)行結(jié)果，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將各層控制的計(jì)算機(jī)、CNC、PLC等設(shè)備控制器互聯(lián)起來，構(gòu)成完整的控制與通信系統(tǒng)。

2 我國FMS發(fā)展現(xiàn)狀

自從1967年英國Molins公司研制“系統(tǒng)24”開始，F(xiàn)MS經(jīng)過幾十年的發(fā)展，世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已將這項(xiàng)新技術(shù)由試驗(yàn)階段推向了實(shí)用階段。我國自1983～1985年間，在國家支持下由一些單位率先進(jìn)口了國內(nèi)第一批FMS系統(tǒng)，到我國自行研制成功FMS也有十幾年的歷史。但是成功應(yīng)用的FMS的企業(yè)卻很少，主要原因是FMS投資大，大多數(shù)企業(yè)難以承受。FMS的實(shí)施為企業(yè)的發(fā)展和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了硬件支持。但是，任何企業(yè)都是組織、管理和生產(chǎn)設(shè)備的集成，都離不開軟件的支持，尤其是在管理和人的作用越來越重要的今天，要實(shí)現(xiàn)柔性的目標(biāo)，必須使整個(gè)企業(yè)協(xié)調(diào)一致，同時(shí)做出有效反應(yīng)，任何一個(gè)因素的缺陷都會(huì)影響系統(tǒng)產(chǎn)出的最終效果。我們更應(yīng)看到我國目前企業(yè)的實(shí)際情況，傳統(tǒng)的管理模式，企業(yè)人員整體素質(zhì)還不高，缺乏對(duì)市場(chǎng)變化做出快速反應(yīng)，投資太大，一般企業(yè)難以承受。應(yīng)結(jié)合中國國情，研究地區(qū)行情，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，研究低成本、高效率的生產(chǎn)組織模式，為國有大中型企業(yè)盡快走出困境提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

3 柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用和改進(jìn)措施

基于以上分析，對(duì)柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要根據(jù)工藝流程合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)從管理、理念角度出發(fā)，改善企業(yè)的經(jīng)營狀況。

(1)研究人機(jī)一體化柔性制造系統(tǒng)。在感知和信息交互層面、控制層面和執(zhí)行層面實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體聯(lián)合作用，互相協(xié)助，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同決策。強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要作用，人機(jī)功能的最優(yōu)匹配，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效和安全可靠地運(yùn)行。例如在WERNER-KOLB的FMS換刀系統(tǒng)中由于采用了新型的刀具快換系統(tǒng)(QTC)，使由于刀具替換而產(chǎn)生的閑置與非生產(chǎn)時(shí)間減少95%，并借助與便攜式輸入和儲(chǔ)存終端，直接從刀具預(yù)調(diào)儀和備用刀庫把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)床的控制系統(tǒng)，使得時(shí)間的消耗以及刀具數(shù)據(jù)采集中產(chǎn)生的輸入錯(cuò)誤大大降低。

(2)提高FMS自身的軟件能力。加強(qiáng)軟件能力，提高遠(yuǎn)程控制管理，強(qiáng)化程序控制，以使系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行。

(3)加強(qiáng)FMS與企業(yè)管理系統(tǒng)的融合，使企業(yè)柔性環(huán)境隨環(huán)境變化而不斷提高。比如將FMS和EPR系統(tǒng)結(jié)合，創(chuàng)造一個(gè)良好的企業(yè)管理和生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)，提高企業(yè)的反應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的更好的經(jīng)營戰(zhàn)略。

(4)充分發(fā)揮人在FMS中的主導(dǎo)作用，提高人的積極主動(dòng)性。整個(gè)FMS的運(yùn)行處在人的監(jiān)控狀態(tài)下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理、意外事故處理、維修、工件及刀具進(jìn)出站裝卸、預(yù)調(diào)及安全巡視等工作。盡管采用了計(jì)算機(jī)來控制和管理整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)，但是系統(tǒng)運(yùn)行的最終決策者是人。人處在這種復(fù)雜的系統(tǒng)中，難免會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的錯(cuò)誤，所以人的積極主動(dòng)性顯得至關(guān)重要。只要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，提高人的積極主動(dòng)性，操作錯(cuò)誤是能夠避免或大大減少的。這對(duì)FMS來說非常重要。

(5)加強(qiáng)企業(yè)文化的管理。建立、健全與FMS相適應(yīng)的企業(yè)文化結(jié)構(gòu)，進(jìn)行企業(yè)管理模式改革，建立柔性化的管理模式，與FMS相呼應(yīng)，為FMS的運(yùn)行提供有利的實(shí)施環(huán)境。

4 結(jié)語

FMS作為一種已被世界工業(yè)界接受并發(fā)展的工廠自動(dòng)化的先進(jìn)模式，它的發(fā)展對(duì)企業(yè)的生存和發(fā)展、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。FMS是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將工廠中的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造和企業(yè)的經(jīng)營管理等過程利用計(jì)算機(jī)及其軟件系統(tǒng)結(jié)合為一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配、經(jīng)濟(jì)高效和最佳的社會(huì)效益。FMS的發(fā)展為未來機(jī)械制造廠的發(fā)展提供了一份更廣闊的藍(lán)圖，對(duì)加速機(jī)械裝備的更新?lián)Q代具有重要意義。

[1]張根保.自動(dòng)化制造系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.