现代柔性制造技术及其发展

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柔性制造技术的研究和应用

( 祝文琴 )

摘 要: 本文主要讲述目前最先进的制造技术一柔性制造技术,并详细写了柔性制造技术的特点、基本概念和所需要主要设备、在制造方面的应用以及相关技术的发展.可以为加工制造业采用先进加工的发展指出方向,用柔性制造技术可大大提高产品生产率 关键词: 柔性 制造技术 现状 发展趋势

Abstract: This article focuses on the most advanced manufacturing technology of a flexible manufacturing technology, and wrote a detailed characteristics of flexible manufacturing technology, the basic concepts and major equipment needed, the application in the manufacturing and related technology. Can be used for the processing and manufacturing of advanced pointed out that the direction of the development process, with flexible manufacturing technologies can significantly improve.

Keywords: Flexible ; Manufacturing Technology ; Status quo ; Development trends

近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。实现了按端口、ＭＡＣ地址、应用等来划分虚拟网络,有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。 它的应用, 圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。 1 柔性制造系统特点和基本概念

1.1柔性制造系统是一种技术复杂、 高度自动化的系统, 它将微电子学、 计算机和系统工程等技术有机地结合起来, 理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。 具体优点如下。 1) 设备利用率高。2) 在制品减少 80%左右。3) 生产能力相对稳定。4) 产品质量高。5) 运行灵活。 6) 产品应变能力大。 1.2 柔性

“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。其优点是生产率很高, 由于设备是固定的, 所以设备利用率也很高, 单件产品的成本低。但价格相当昂贵, 且只能加工一个或几个相类似的零件, 难以应付多品种中小批量的生产。 随着批量生产时代正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。 柔性已占有相当重要的位置。

柔性主要包括：机器柔性、工艺柔性、产品柔性、维护柔性、扩展柔性、运行柔性。 1.3 柔性制造技术组成

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, 通常认为凡是侧重于柔性, 适应于多品种、 中小批量 ( 包括单件产品) 的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为:

1) 柔性制造系统 ( FMS )

FMS是由若干数控设备、 物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统,该系统由电子计算机实现自动控制, 能在不停机的情况下, 满足多品种的加工。 柔性制造系统适合加工形状复杂, 加工工序多, 批量大的零件。 其加工和物料传送柔性大, 但人员柔性仍然较低。

目前常见的组成通常包括 4 台或更多台全自动数控机床( 加工中心与车削中心等) , 由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来, 可在不停机的情况下实现多品种、 中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的 FMS是第一代 FMS, 日本从1991 年开始实施的 “智能制造系统” ( IMS) 国际性开发项目, 属于第二代 FMS; 而真正完善的第二代 FMS预计本世纪十年代后才会实现。


2) 柔性制造单元 ( FMC)

柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具, 加工不同的工件。 柔性制造单元适合加工形状复杂, 加工工序简单, 加工工时较长, 批量小的零件。 它有较大的设备柔性, 但人员和加工柔性低。

FMC的问世并在生产中使用约比 FMS晚 6～8 年, FMC是 FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物, 它是由 1～2 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。迄今已进入普及应用阶段。 3) 柔性制造线 ( FML )

柔性自动生产线是把多台可以调整的机床( 多为专用机床) 联结起来, 配以自动运送装置组成的生产线。 该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。它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; 亦可采用专用机床或 N C 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。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统 ( DCS) 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, 迄今已进入实用化阶段。 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 ( CIMS) 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是将制造、 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 ( IMS ) 为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化。 2 关键技术

2.1 计算机辅助设计

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。 2.2 模糊控制技术

最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能, 可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整, 使系统性能大为改善, 其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。

2.3 人工智能、专家系统及智能传感器技术

FMS 中所采用的专家系统,利用专家知识和推理规则进行推理, 求解各类问题( 如解释、 预测、 诊断、 查找故障、 设计、 计划、 监视、 修复、 命令及控制等) 。因而专家系统为 FMS的诸方面工作增强了柔性。目前用于 FMS中的各种技术, 预计最有发展前途的仍是人工智能。在制造过程, 系统能自动监测其运行状态, 在受到外界或内部激励时能自动调节其参数, 以达到最佳工作状态, 具备自组织能力。对未来智能化 FMS具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。 该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的, 它使传感器具有内在的 “决策” 功能。 2.4 人工神经网络技术

人工神经网络 ( ANN) 是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。 故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域, 神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统, 成为现代自支化系统中的一个组成部分。

3 柔性制造技术的发展趋势

3 1 ＦＭＣ将成为发展和应用的热门技术

这是因为ＦＭＣ的投资比ＦＭＳ少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目

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