淺談柔性制造系統在職業教育中的應用

李孟龍

摘要：隨著科學技術的進步和社會生活水平的日益提高，大批量單一化的產品再也無法引起人們的關注，大規模的生產方式帶來的只能是產能過剩。市場對小批量個性化產品的需求越來越多，迫使企業不得不轉型升級，走向供給側改革的道路，這使得柔性制造系統在現代工業中有了越來越重要的地位。而中等職業教育面向企業需求，隨著企業的轉型升級，柔性制造系統的引入必將對中職教育產生深遠影響。本文就柔性制造系統在職業教育中的應用進行分析探討。

關鍵詞：柔性制造系統 校企合作 模塊化 職業教育

一、柔性制造系統概述

柔性制造系統（Flexible Manufacturing System，即FMS）是相對于剛性制造提出的一種適用于當代產品多樣化的生產理念。眾所周知，剛性制造產生于20世紀20年代，其生產過程主要依賴硬件條件，因此只能用于特定產品的成批生產。隨著第三次工業革命的到來，機器不但接管了人類社會的大部分體力勞動，同時也接管了一部分腦力勞動，改善了勞動者的工作條件，確保了產品質量的穩定性，并顯著提高了勞動生產效率，進而使大批量生產的成本大幅降低，工業生產的能力也遠遠超出了人類的消費能力，人類社會逐漸步入產能過剩時代。隨著人類對個性化產品的追求與批量化單一產品之間矛盾的不斷增長，迫使人們研制適用于中小批量多品種生產的加工系統，即柔性制造系統。

在我國，FMS被定義為CNC機械加工設備、原料與產品的存儲運輸設備以及計算機綜合控制系統等組成的自動化制造系統。它包括多個柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell，即FMC），以硬件為基礎，在軟件技術的支持下，一旦制造任務或生產計劃有所該變，僅僅改變軟件程序就能迅速進行調整，因此FMS適用于多品種中、小批量生產。

柔性制造系統是通過吸取生產線的高效率和任務車間的柔性來滿足高效率低成本的要求。一個柔性制造系統由一組靈活運轉的機器、一套自動化程度較高的運輸體系以及一個復雜的決策系統（確定在任何時刻各個機器應該完成哪項工作）組成。柔性的機械設備可以完成多種操作，它包括兩部分，一是工具的自動存取系統，如自動換刀系統和工件夾取設備；另一部分是加工制造能力，如車、銑、鉆、磨等。自動運輸系統要具備將工件傳送到下一個操作執行的機器位置的功能，要求定位準確。決策系統能夠根據訂單自動優化加工順序，合理安排加工設備的使用情況，并在設備發生故障時能第一時間調整加工工序，從而提高設備的利用率。

二、國內外發展現狀

柔性制造系統是為滿足人類社會對產品的多樣化需求而產生的一種先進的生產制造模式，它致力于解決小批量、個性化產品生產存在的生產效率低、制造周期長、加工成本高以及質量穩定性差等諸多問題。

1967年，由英國莫林斯（Molins）公司首先提出，計劃使用六臺模塊化的數控機床，在無人干預的情況下實現24小時不間斷生產，但最終由于資金問題和技術瓶頸沒有全部建成。

同一年，美國懷特森斯蘭特公司建成一條形式與傳統的剛性制造相似的生產線，可以用于少品種、大批量生產使用。這條生產線由加工中心和鉆床組成，工件固定在特殊的裝夾工具上，以某一順序在各個機床間輪流加工，這套柔性化設備又被稱作柔性自動線。自此，日本、前蘇聯和歐洲一些國家也都先后展開柔性制造系統的研制工作。

20世紀70年代末，柔性制造系統在技術和規模上都有了很大的突破，到80年代初期，FMS已經步入了生產實踐階段，但都是以少數幾臺設備組成的FMS居多，較大規模的系統進入試用階段。90年代初期，全世界對FMS的投資有了巨大的飛躍，已經投入生產的主要分布在日本、美國、德國、俄羅斯、英國等工業發達國家。日本是擁有FMS數量最多的國家，但主要集中在小型化的FMS上；美國不僅是最早將其應用于生產的國家，而且在FMS軟、硬件方面代表著世界最高水平；德國在柔性方面做得最好，系統可加工的零件種類也最多。

在我國，柔性制造系統的起步比國外晚了將近20年。20世紀80年代，由北京機床研究所研制成我國第一套FMS，生產能力可達每年2萬件，這套系統除五臺加工中心為國產外，其余大部分由日本進口，如：自動引導運輸車（AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV）、工業機器人以及FANUC數控系統。直到90年代中期，我國才有了自主開發FMS成套系統的實力。近幾年，我國一些有實力的企業正在向著計算機、現代集成制造技術發展，不斷引進一些國外的柔性制造系統，因此FMS目前在我國逐漸進入規模化應用階段。

三、柔性制造系統在中等職業教育中的應用

現如今我國在多個重要會議中均提出要加快職業教育體系的建設，鼓勵學校和各大企業合作，結合生產實踐進行教學。培養職業人才也要考慮供給側改革，根據企業需求，輸送相應的技術人才。所以，中等職業院校也要隨著市場需求的變化，及時調整人才的培養模式。為更好地提高技工院校學生的就業競爭力，各個院校也在加大實訓教室的建設，不斷引進先進設備，提升學生的技能水平。

在大多數職業院校中，實訓課程仍然采用較為傳統的教學模式，各個學科的相關課程由不同的老師在不同實訓教室進行單獨授課，學生幾乎沒有機會學習到不同技術在企業中怎樣相互融合進行生產。雖然這種模式在不同學科的教學中比較直觀，但也存在一定局限性。一方面，在教師演示過程中，由于場地和設備構造的原因，不能使每一名學生都清晰地看到機器的工作原理和操作方法，如若教師重復講解又會降低課堂效率，減少了學生參與實訓的時間；另一方面，各個學科雖有相應的實驗設備，但這些實驗室或實訓場都是各自分開的，教學比較分散。

柔性制造技術是融機械數控加工、工業機器人運用與維護、機電一體化、電氣運行與控制以及計算機等于一體的交叉技術。該技術能完成剛性自動化技術無法實現的多品種、流水化作業，若引入中職院校的實訓課堂，并將“培養職業能力為核心，以工作實踐為主線，以工作過程為導向，用任務進行驅動，以行動體系為框架的現代課程結構”的教學方式應用于實訓教學中，可使學生將所學知識綜合運用于實際生產中。

柔性制造系統在技工院校教學中應用的最大作用，就是可以將工廠中實際生產的先進技術引入學校，適用于多個專業進行實訓教學，開闊中職生的視野，使學生對FMS系統組成產生初步認識，同時為學生提供了一個具有發散性、創新性的實訓課堂。學校的柔性制造系統涵蓋了絕大多數工業生產中的關鍵技術，如數控加工技術、機械傳動技術、工業機器人運用與維護技術、PLC控制技術、計算機輔助設計與加工技術、電氣運用與維修技術、設備故障檢測與排除技術、網絡通信技術等，學生可以得到多方面的綜合訓練，有助于增強學生動手操作、信息收集和團隊合作的能力。

四、柔性制造系統在職業教育中的建立模式

1.校企合作模式

開展校企全程深度合作，在人才培養方面，雙方形成互相依賴的關系，共同定制人才培養模式。學校方面要緊隨企業人才需求，使學生提前適應崗位。在學校培養后期，由企業和學校共同考核畢業生質量，達到雙方考核標準后，方可進入企業工作；企業方面要開放自身的技術資源，共享共建實訓場地，充分利用企業先進的FMS系統進行參觀或者實踐教學，采用多元化培養模式，為提升員工技能水平打下基礎。

校企深度合作，可以充分利用企業資源，即使學校節約建立柔性制造實訓場地的成本，又提高了學生的社會競爭力，部分學生還實現了預就業。對企業來說，得到了“量身定制”的員工，使準員工與工作崗位實現“零距離”對接，為企業節省了新員工入職的培訓成本。

因此，在校企合作框架下構筑柔性制造系統的實訓理念是學生、企業和學校多方共贏的職業教育模式。

2.模塊化柔性制造系統

FMS是一個集物料供給與分揀、機械加工與檢測、無線通信、圖像信息處理、生產監控及管理、立體倉庫等多模塊于一體的復雜的生產制造系統，建造成本較高。

由于整個柔性制造系統是模塊化的，從經濟性方面考慮，學校大可不必一次性投建整套系統，可以根據各個專業的需要，分階段逐步添加各個模塊。如數控專業可以引進較為先進的微小型機床（可作為FMS系統的加工工作站），工業機器人專業可以引進直角坐標機器人（可以作為FMS系統的物料分揀單元）等，因為每個模塊可以獨立運行，所以各模塊的引進均可用于平時的生產或實訓教學，后期再將所有模塊組成一套完整的柔性制造體系。

模塊化有利于縮短系統的設計時間，降低系統的成本，在性價比方面最大限度地得到了優化，便于在校園中推廣。