淺析自動化制造系統的組成及其發展意義

王浩　方方強　徐華

摘要：自動化制造系統可以在較少的人工干預下，將原材料加工成零件并組裝成產品，在加工過程中和裝配過程中，所以得操作都是自動化的。自工業革命以來，自動化制造系統的發展十分迅速，本文通過大量搜集文獻資料，從企業角度對自動化制造系統的組成和發展意義作出簡要分析。

關鍵詞：自動化；制造；發展意義

引言

自工業革命以來，自動化制造就一直是人類在長期的生產活動中不斷追求的主要目標。隨著技術的不斷進步，自動化制造的水平也越來越高。采用自動化制造技術不僅可以大幅度降低操作者的勞動強度，而它還可以提高生產效率和產品質量，提高制造系統響應市場變化的能力，進而提升企業的市場競爭能力。可以確信，自動化制造是未來的制造業發展方向。

1發展現狀

自動化制造系統（Automatic Manufacturing System，AMS），是由一定范圍的被加工對象、一定的制造柔性、一定的自動化水平的各種設備和高素質的人組成的一個有機整體。自動化制造系統接受外部信息、人員、資金、配套設備和原材料等作為輸入，在人和計算機控制系統的共同作用下，實現一定程度的柔性自動化制造，最后輸出成品、文檔資料、廢料和對環境的污染。

自從18世紀工業革命以來，自動化制造技術大約經歷了4個發展階段：第一階段，從1870年到1950年左右，純機械控制和電液控制的剛性自動化加工單機及系統得到長足發展；第二階段，從1952年到1965年左右，數控技術，特別是單機數控得到飛速發展；第三階段，從1967年到20世紀80年代中期，以數控機床和工業機器人組成的柔性自動化制造系統，得到飛速發展；第四階段，從20世紀80年代至今，制造自動化系統的主要發展是計算機集成制造系統（CIMS），它被認為是21世紀制造業的新模式。CIMS技術是集管理、技術、質量保證和制造自動化為一體的廣義自動化制造系統。從20世紀90年代以來，提出以人為中心的CIMS思想，并將并行工程、精益生產、敏捷制造和企業重組的新思想、新模式引入，形成第二代CIMS概念，奠定了自動化制造發展的新局面。

2自動化制造系統的內容

2.1自動化制造系統組成部分

自動化制造系統具有5個典型組成部分，即具有一定技術水平和決策能力的人，一定范圍的被加工對象，信息流及控制系統，能量流及控制系統，物料流及物料處理系統。現代自動化制造系統是充分發揮人的作用的人機一體化柔性制造系統，人在其中的作用不可忽略。對于自動化程度較高的制造系統如FMS，人的作用主要體現在對物料的準備和對信息流的監控上；對于自動化程度較低的制造系統如DNC，人的作用除了監控外，還體現在參與決策和物流上。所以，自動化制造對于人反而有更高的要求，它需要具有一定技術水平和決策能力的人。另外，在加工過程中，加工對象可能是變化的，所以系統要能在一定范圍內適應被加工對象的變化。信息流控制著物流過程，也控制著產品的制造質量，所以提高信息流控制系統的控制水平對系統的自動化程度、柔性程度的影響很大。除此之外，能量流用于維持系統運行，也會同時帶來能量的損耗，注意能量流的優化設計，控制能量的流動，優化能源利用是很重要的設計工作。最后，處理好物料流和物料處理問題（物流設備選擇、布局設計等）是自動化制造系統設計的重要內容。

2.2自動化制造系統分類及特點

不同的自動化制造系統有著不同的性能特點和不同的應用范圍，因此需根據需要選擇不同的自動化制造系統。根據系統的自動化水平和規模我們將自動化制造系統分為剛性自動化設備及系統和柔性自動化設備及系統。剛性自動化設備及系統，包括半自動化單機，自動化單機，自動化生產線，綜合自動化系統四個部分。半自動化單機除了需要人工上下料外，可以自動完成單個工藝過程的加工工作，半自動化單機是加工自動化的最低層次，因其投資小見效快的特點而廣泛使用于產品品種變化范圍較大的場合。而自動化單機較于半自動化單機的基礎上增加了自動上下料的功能，具有投資小、見效快的優點，但是其常用于品種變化很小，通用性差。剛性自動生產線可以在控制系統下自動完成單個零件加工，其具有很高的自動化程度，統一的控制系統和嚴格的生產節拍。與自動化單機相比，它具有結構復雜，加工工序多，生產效率高的特點，但是他投資大，系統調整周期長，產品適應范圍窄。在剛性自動化設備及系統中最復雜的是剛性綜合自動化系統，常用于產品單一，但工序多加工量大的零部件的自動化制造方面，其特點是結構復雜，投資極大，建設周期長，適用產品單一，但是生產效率高，產品加工質量穩定，工人勞動強度低。

柔性自動化設備及系統，包括數控機床NC，加工中心MC，混合成組制造單元，分布式數控系統DNC，柔性制造單元FMC，柔性制造線FML，柔性制造系統FMS，計算機集成制造系統CIMS。柔性制造系統的優點是：系統自動化程度高，可以減少機床操作人員；由于配備有質量檢測和反饋控制裝置，零件的加工質量很高；工序集中，可以有效減少生產面積；與立體倉庫配合，可以實現24小時無人狀態工作；可以集中作業，減少加工時間；方便和管理信息系統MIS或者企業資源計劃ERP、技術信息系統TIS、質量信息系統QIS結合形成更高級的自動化制造系統，即為計算機集成制造系統（CIMS）。柔性制造系統的缺點也是客觀存在的，因為這種系統的系統投資大，投資回收期長，系統結構復雜，對操作人員要求高，系統可靠性不佳等等缺點，使得它適用于品種單一，中等批量的產品生產中。目前，柔性制造系統的發展趨勢是小型化、簡單化、可靠化。前面提到了計算機集成制造系統（CIMS），CIMS是以系統工程理論為指導，強調信息集成和適度自動化，將企業的全部要素（人、技術、設備、經營管理等）和全部經營活動集成為一個有機地的整體，實現一人為中心的柔性化生產，使企業在新產品開發、產品質量、產品成本、相關服務等方面取得整體最佳效果。其特點是系統龐大，內容繁多，需要采用部分集成的方式，可以實現整個企業的信息及功能集成。

3結語

制造系統的自動化是科學進步和人類發展的產物，是社會生產發展的必然方向。自動化制造系統的初步實現和發展，標志著人類社會進入了現代化文明生產的新紀元。自動化制造的自動化給我們帶來了許多積極意義，并對社會產生巨大影響。自動化制造系統給我們帶來巨大好處，其一，縮短產品制造時間和制造周期，提高了生產率；其二，高精度的加工設備和自薦設備避免了人員的生理心理因素對產品的質量影響，提高了產品質量；其三，采用自動化制造，減少了生產資料投入，提高了經濟效益，降低了勞動強度；其四，自動化制造系統中的柔性自動化制造技術使得產品更新很方便，增加了系統對產品的適用范圍；其五，系統需要配備高素質的操作人員和配套的技術，這無形中也提高了工作人員的素質水平，帶動了相關技術的發展革新。總而言之，采用自動化制造系統，對提高企業產品的市場競爭力具有重大意義。

參考文獻：

[1]薛勁松.CIMS的總體設計[M].北京：機械工業出版社，1997

[2]劉延林.柔性制造自動化概論[M].武漢：華中科技大學出版社，2001