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柔性制造技术

一、基本概念

柔性制造技术可以表述为两个方面:一是系统适应外部环境变化的能力,可用
系统满足新产品要求的程度来衡量:二是系统适应内部变化的能力。“柔性”是相
对于“刚性”而言的。传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生
产,优点是生产率高,设备利用率高,单件产品成本低。但只能加工一种或几种相类
似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代逐渐被适应市场动
态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取
决于它是否能在很短的开发周期内生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能
力。在现实社会中,人们通常将用以生产产品的制造系统根据其一次投产的数量而
分为大量、批量和单件生产3种类型。

二、柔性的概念

“柔性”是一个柔性制造设备或系统应付各种可能变化或新情况的应变能
力。这种应变能力表现在空间兼容性和时间兼容性两个方面。空间兼容性是指要求
制造系统适应多种操作,有能力适应多种不同类型结构、尺寸的零件加工制造.表现
出在一定加工制造宽度范围内的兼容性:时间兼容性是指要求制造系统有能力应付
短期、中期或长期内可能发生的情况变化。

三、柔性制造系统

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字

控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible
ManufacturingSystem),英文缩写为FMS,是在成组技术的基础上,以多台(种)数控
机床或数组柔性制造单元为核心,通过自动化物流系统将其联接,统一由主控计算机
和相关软件进行控制和管理,组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系
统。FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应
的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控制,故能自动调
整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”),并能及时地改变
产品以满足市场需求。

四、柔性制造技术的分类

柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技
术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群。凡是侧重于柔性,并适应于多品
种、中小批量的加工技术都属于柔性制造技术。按规模大小划分为以下4种。

(1)、柔性制造系统(FMS)

FMS包含2台以上具有自动刀具交换和自动工件托盘交换装臵的数控机床,以
加工中心为核心设备。配有自动物料传递和管理系统,如有轨运输小车或自动导引
运输小车,并在中央计算机统一控制和管理下,动态地平衡资源地有效利用,具有生
产调度和对加工过程的实时监控能力.可动态地实现多种零件族的自动加工。

(2)、柔性制造单元(FMC)

FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产
物,它由l~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特点
是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性,现已进入普及应用
阶段。

(3)、柔性制造线(FML)

FML是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的
生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床,也可采用专用机床或NC专
用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。它以离散型生产中的
柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统为代表,其特点是实现生产线柔
性化及自动化,其技术已日臻成熟,现已进入实用化阶段。

(4)、柔性制造工厂(FMF)

FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采
用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM,
并使计算机集成制造系统投入实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范
围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF将制造、产品开发及经营
管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统为代表,其特点是
实现工厂柔性化及自动化。

五、柔性制造所采用的关键技术

(1)、计算机辅助设计

未来CAD技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处

理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项
新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成
若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫
描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的
各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助
于加快开发新产品和研制新结构的速度。

(2)、模糊控制技术

(3)、人工智能技术及专家系统

柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系