淺談柔性制造系統(tǒng)在職業(yè)教育中的應用

李孟龍

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

關鍵詞：柔性制造系統(tǒng) 校企合作 模塊化 職業(yè)教育

一、柔性制造系統(tǒng)概述

柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，即FMS）是相對于剛性制造提出的一種適用于當代產(chǎn)品多樣化的生產(chǎn)理念。眾所周知，剛性制造產(chǎn)生于20世紀20年代，其生產(chǎn)過程主要依賴硬件條件，因此只能用于特定產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。隨著第三次工業(yè)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(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，并顯著提高了勞動生產(chǎn)效率，進而使大批量生產(chǎn)的成本大幅降低，工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)能過剩時代。隨著人類對個性化產(chǎn)品的追求與批量化單一產(chǎn)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(chǎn)的加工系統(tǒng)，即柔性制造系統(tǒng)。

在我國，F(xiàn)MS被定義為CNC機械加工設備、原料與產(chǎn)品的存儲運輸設備以及計算機綜合控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。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(shù)的支持下，一旦制造任務或生產(chǎn)計劃有所該變，僅僅改變軟件程序就能迅速進行調(diào)整，因此FMS適用于多品種中、小批量生產(chǎn)。

柔性制造系統(tǒng)是通過吸取生產(chǎn)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(tǒng)由一組靈活運轉(zhuǎn)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(tǒng)（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(tǒng)，如自動換刀系統(tǒng)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(tǒng)要具備將工件傳送到下一個操作執(zhí)行的機器位置的功能，要求定位準確。決策系統(tǒng)能夠根據(jù)訂單自動優(yōu)化加工順序，合理安排加工設備的使用情況，并在設備發(fā)生故障時能第一時間調(diào)整加工工序，從而提高設備的利用率。

二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

柔性制造系統(tǒng)是為滿足人類社會對產(chǎn)品的多樣化需求而產(chǎn)生的一種先進的生產(chǎn)制造模式，它致力于解決小批量、個性化產(chǎn)品生產(chǎn)存在的生產(chǎn)效率低、制造周期長、加工成本高以及質(zhì)量穩(wěn)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(shù)控機床，在無人干預的情況下實現(xiàn)24小時不間斷生產(chǎn)，但最終由于資金問題和技術(shù)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(tǒng)的剛性制造相似的生產(chǎn)線，可以用于少品種、大批量生產(chǎn)使用。這條生產(chǎn)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(lián)和歐洲一些國家也都先后展開柔性制造系統(tǒng)的研制工作。

20世紀70年代末，柔性制造系統(tǒng)在技術(shù)和規(guī)模上都有了很大的突破，到80年代初期，F(xiàn)MS已經(jīng)步入了生產(chǎn)實踐階段，但都是以少數(shù)幾臺設備組成的FMS居多，較大規(guī)模的系統(tǒng)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(jīng)投入生產(chǎn)的主要分布在日本、美國、德國、俄羅斯、英國等工業(yè)發(fā)達國家。日本是擁有FMS數(shù)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(chǎn)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(tǒng)可加工的零件種類也最多。

在我國，柔性制造系統(tǒng)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(chǎn)能力可達每年2萬件，這套系統(tǒng)除五臺加工中心為國產(chǎn)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(yè)機器人以及FANUC數(shù)控系統(tǒng)。直到90年代中期，我國才有了自主開發(fā)FMS成套系統(tǒng)的實力。近幾年，我國一些有實力的企業(yè)正在向著計算機、現(xiàn)代集成制造技術(shù)發(fā)展，不斷引進一些國外的柔性制造系統(tǒng)，因此FMS目前在我國逐漸進入規(guī)模化應用階段。

三、柔性制造系統(tǒng)在中等職業(yè)教育中的應用

現(xiàn)如今我國在多個重要會議中均提出要加快職業(yè)教育體系的建設，鼓勵學校和各大企業(yè)合作，結(jié)合生產(chǎn)實踐進行教學。培養(yǎng)職業(yè)人才也要考慮供給側(cè)改革，根據(jù)企業(yè)需求，輸送相應的技術(shù)人才。所以，中等職業(yè)院校也要隨著市場需求的變化，及時調(diào)整人才的培養(yǎng)模式。為更好地提高技工院校學生的就業(yè)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(shù)職業(yè)院校中，實訓課程仍然采用較為傳統(tǒng)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(shù)在企業(yè)中怎樣相互融合進行生產(chǎn)。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(gòu)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?qū)嵱枅龆际歉髯苑珠_的，教學比較分散。

柔性制造技術(shù)是融機械數(shù)控加工、工業(yè)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(shù)。該技術(shù)能完成剛性自動化技術(shù)無法實現(xiàn)的多品種、流水化作業(yè)，若引入中職院校的實訓課堂，并將“培養(yǎng)職業(yè)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(qū)動，以行動體系為框架的現(xiàn)代課程結(jié)構(gòu)”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(chǎn)中。

柔性制造系統(tǒng)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(chǎn)的先進技術(shù)引入學校，適用于多個專業(yè)進行實訓教學，開闊中職生的視野，使學生對FMS系統(tǒng)組成產(chǎn)生初步認識，同時為學生提供了一個具有發(fā)散性、創(chuàng)新性的實訓課堂。學校的柔性制造系統(tǒng)涵蓋了絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中的關鍵技術(shù)，如數(shù)控加工技術(shù)、機械傳動技術(shù)、工業(yè)機器人運用與維護技術(shù)、PLC控制技術(shù)、計算機輔助設計與加工技術(shù)、電氣運用與維修技術(shù)、設備故障檢測與排除技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)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(tǒng)在職業(yè)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(yǎng)方面，雙方形成互相依賴的關系，共同定制人才培養(yǎng)模式。學校方面要緊隨企業(yè)人才需求，使學生提前適應崗位。在學校培養(yǎng)后期，由企業(yè)和學校共同考核畢業(yè)生質(zhì)量，達到雙方考核標準后，方可進入企業(yè)工作；企業(yè)方面要開放自身的技術(shù)資源，共享共建實訓場地，充分利用企業(yè)先進的FMS系統(tǒng)進行參觀或者實踐教學，采用多元化培養(yǎng)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(yè)資源，即使學校節(jié)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(xiàn)了預就業(yè)。對企業(yè)來說，得到了“量身定制”的員工，使準員工與工作崗位實現(xiàn)“零距離”對接，為企業(yè)節(jié)省了新員工入職的培訓成本。

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

2.模塊化柔性制造系統(tǒng)

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(chǎn)監(jiān)控及管理、立體倉庫等多模塊于一體的復雜的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，建造成本較高。

由于整個柔性制造系統(tǒng)是模塊化的，從經(jīng)濟性方面考慮，學校大可不必一次性投建整套系統(tǒng)，可以根據(jù)各個專業(yè)的需要，分階段逐步添加各個模塊。如數(shù)控專業(yè)可以引進較為先進的微小型機床（可作為FMS系統(tǒng)的加工工作站），工業(yè)機器人專業(yè)可以引進直角坐標機器人（可以作為FMS系統(tǒng)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(chǎn)或?qū)嵱柦虒W，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(tǒng)的設計時間，降低系統(tǒng)的成本，在性價比方面最大限度地得到了優(yōu)化，便于在校園中推廣。