淺議工業(yè)自動(dòng)化中的柔性制造技術(shù)

摘要：柔性制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)未來工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢(shì)，是決定制造企業(yè)未來發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。屆時(shí)，智能化機(jī)械與人之間將相互融合，柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。它作為當(dāng)今世界制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的前沿科技，為未來機(jī)構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍(lán)圖，將成為21世紀(jì)機(jī)構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化、柔性制造。

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，柔性制造技術(shù)作為一門綜合性的技術(shù)，它的發(fā)展也越來越迅速，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。柔性制造技術(shù)，就是指對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過程，在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)。柔性制造技術(shù)的大量應(yīng)用，不僅提高了產(chǎn)品的多樣化，也提高了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了產(chǎn)品的適應(yīng)能力。因此，柔性制造技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化。下面，本文就將對(duì)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)以及柔性制造技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術(shù)，包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。 自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程起著明顯的提升作用：（1）提高生產(chǎn)過程的安全性；（2）提高生產(chǎn)效率；（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量；（4）減少生產(chǎn)過程的原材料、能源損耗。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了接地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)DCS的發(fā)展歷程。

隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交互溝通的領(lǐng)域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理各個(gè)層次。工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)一般是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制的自動(dòng)化技術(shù)工具（包括自動(dòng)測(cè)量?jī)x表、控制裝置）的總稱。今天，對(duì)自動(dòng)化最簡(jiǎn)單的理解也轉(zhuǎn)變?yōu)椋河脧V義的機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）來部分代替或完全取代或超越人的體力。

2 柔性制造技術(shù)

傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)（FMI）應(yīng)運(yùn)而生。

所謂“柔性”，即靈活性，主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要變換；②對(duì)加工產(chǎn)品的批量生產(chǎn)可根據(jù)需要迅速調(diào)整；③對(duì)加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時(shí)投入生產(chǎn)；④可迅速而有效地 綜合應(yīng)用新技術(shù)；⑤對(duì)用戶、貿(mào)易伙伴和供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應(yīng)。采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時(shí)能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時(shí)能迅速擴(kuò)大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。柔性制造設(shè)備可在無需大量追加投資的條件下提供連續(xù)采用新技術(shù)、新工藝的能力，也不需要專門的設(shè)施，就可生產(chǎn)出特殊的軍用產(chǎn)品。

柔性制造技術(shù)（FMS）是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量（包括單件產(chǎn)品）的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。

柔性可以表述為兩個(gè)方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量；第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾（如機(jī)器出現(xiàn)故障）情況下，這時(shí)系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比可以用來衡量柔性。

“柔性”是相對(duì)于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產(chǎn)品，則必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行大調(diào)整，重新配置系統(tǒng)內(nèi)各要素，其工作量和經(jīng)費(fèi)投入與構(gòu)造一個(gè)新的生產(chǎn)線往往不相上下。剛性的大批量制造自動(dòng)化生產(chǎn)線只適合生產(chǎn)少數(shù)幾個(gè)品種的產(chǎn)品，難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高，市場(chǎng)更加需要具有特色、符合顧客個(gè)人要求樣式和功能千差萬別的產(chǎn)品。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種小批量產(chǎn)品的需求，這就使系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來越重要。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。

3 柔性制造技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)化流水生產(chǎn)線機(jī)械加工件的制造，對(duì)多品種中小批量生產(chǎn)，大多數(shù)采用工序集中的原則，采用加工中心，數(shù)控機(jī)床，柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。因此，柔性化較高，更換品種的調(diào)整時(shí)間比一般生產(chǎn)線減少75%以上，盡管初期投資大，但總的經(jīng)濟(jì)效益是好的。

多品種中大批量生產(chǎn)，采用柔性制造線，生產(chǎn)線主要由換相、轉(zhuǎn)塔、換刀加工中心，數(shù)控機(jī)床和數(shù)控專用機(jī)床組成。對(duì)換相加工中心，目前自動(dòng)更換儲(chǔ)貯主軸箱的數(shù)目很多，可由幾個(gè)至十幾個(gè)，所以組合起來能滿足中大批量多品種加工。

多品種大批量生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線。國(guó)外不僅在多品種中大批量的情況下采用柔性生產(chǎn)線，而且在多品種大批量（十幾萬到數(shù)十萬）的情況下也采用柔性生產(chǎn)線，這種多品種大批量的柔性生產(chǎn)線由計(jì)算機(jī)控制的三維坐標(biāo)模塊組成，這些專門化的模塊，可以是換刀的、換箱的、也可以是轉(zhuǎn)塔頭的。由三維坐標(biāo)加工模塊代替組合專用機(jī)床，提高了生產(chǎn)線的柔性，不僅可以適用多品種的輪番生產(chǎn)，還可以混流生產(chǎn)。該類生產(chǎn)線雖然初期投資大，但由于生產(chǎn)線可以滿負(fù)荷生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量可靠，產(chǎn)品質(zhì)量好，故障少，可靠性高，維修費(fèi)用少，因此產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。

工廠根據(jù)某產(chǎn)品產(chǎn)量的變動(dòng)情況，設(shè)置兩類生產(chǎn)線，一類是滿足某一相對(duì)固定最的固定生產(chǎn)線，另一類是用來滿足變動(dòng)部分的變動(dòng)生產(chǎn)線。通常，傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備被用作固定線，而柔性設(shè)備或細(xì)胞生產(chǎn)方式等被用作變動(dòng)生產(chǎn)線。為了徹底降低成本，在日本變動(dòng)線往往招用勞務(wù)公司派遣的零時(shí)工（Part-Time）來應(yīng)對(duì)，不需要時(shí)可以隨時(shí)退回。

4 結(jié)束語

通過自學(xué)和查詢網(wǎng)絡(luò)資料，我對(duì)柔性制造技術(shù)有了初步的了解，但由于個(gè)人能力有限，對(duì)其認(rèn)識(shí)也只是較淺的。因此在本文中，首先也只是簡(jiǎn)略的介紹一些柔性制造技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，舉了柔性制造技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，而且對(duì)于其應(yīng)用也是粗略介紹一番。總之，在分析的過程中，感受到柔性制造對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不可估量的地位，科技的進(jìn)步，對(duì)自動(dòng)化的改進(jìn)，則有助于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在此方面，我期望著有些更多的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：

戴俊（1987-），男，江蘇省泰州人，大專，畢業(yè)于常州信息工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，初級(jí)工程師，研究方向：電子信息。