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柔性制造 我有新说法
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方面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;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“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。

1基本概念


柔性制造的模式其实广泛存在,比如定制,这种以消费者为导向的, 以需定产的方式对立的是传统大规模量产的生产模式。在柔性制造中,考验的是生产线和供应链的反应速度。比如目前在电子商务领域兴起的“C2B”“C2P2B”等模式体现的正是柔性制造的精髓所在。


柔性可以表述为两个方面
一个方面是指生产能力的柔性反应能力,也就是机器设备的小批量生产能力:
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。


1、美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。
2、国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”
3、中国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。“


简单地说,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。


第二个方面,指的是供应链的敏捷和的反应能力。


在柔性制造中,供应链系统对单个需求做出生产配送的响应。从传统“以产定销”的“产——供——销——人——财——物”,转变成“以销定产”,生产的指令*是由消费者独个触发,其价值链展现为“人——财——产——物——销“这种*定向的具有明确个性特征的活动。


在这个过程中不仅对生产的机器提出了重大的挑战,也对传统的供应链提出了革命性的颠覆。在近一次工信部对爱定客这家公司的调研中发现,供应链才是这家公司得以成功实践柔性制造的核心竞争力。从传统的大单出货、大批生产、低毛利率的情况下,如何在保证品质和反应速度的情况下,又要有效地反应消费者的个体需求,另外还要有效控制成本? 爱定客已经总结出很好的解决方案,只有全价值链的*掌握才能从根本上去解决单个生产的成本控制;爱定客提倡的就是“每个人都可以拥有自己的品牌”,因此在不断改良生产工艺,优化生产流程,在流程中提高人效,化生产达到零库存,以此来压缩消费者需要付出的库存代价;真正的零库存从根本上解决了隐形成本的问题,这就是爱定客的产品在维持高品质的前提下还能保持非常有竞争力的价格秘密所在。

2基本特征


(1) 机器柔性,系统的机器设备具有随产品变化而加工不同零件的能力;
(2) 工艺柔性,系统能够根据加工对象的变化或原材料的变化而确定相应的工艺流程;
(3) 产品柔性,产品更新或*转向后,系统不仅对老产品的有用特性有继承能力和兼容能力,而且还具有迅速、经济地生产出新产品的能力;
(4) 生产能力柔性,当生产量改变时,系统能及时作出反应而经济地运行;
(5) 维护柔性,系统能采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行;
(6) 扩展柔性,当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大的制造系统。

3主要类型


机器柔性

当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

工艺柔性

一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

产品柔性

一是产品更新或*转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

维护柔性

采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

生产柔性

当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

扩展柔性

当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

运行柔性

利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。
柔性制造技术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,我们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。

4发展状况


1967年,英国莫林斯公司根据威廉森提出的FMS基本概念,研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床,目标是在无人看管条件下,实现昼夜24小时连续加工,但终由于经济和技术上的困难而未全部建成。


同年,美国的怀特·森斯特兰公司建成Omniline I系统,它由八台加工中心和两台多轴钻床组成,工件被装在托盘上的夹具中,按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于在少品种、大批量生产中使用,在形式上与传统的自动生产线相似,所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初,先后开展了FMS的研制工作。


1976年,日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC),为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1~2台数控机床与物料传送装置组成,有独立的工件储存站和单元控制系统,能在机床上自动装卸工件,甚至自动检测工件,可实现有限工序的连续生产,适于多品种小批量生产应用。


70年代末期,柔性制造系统在技术上和数量上都有较大发展,80年代初期已进入实用阶段,其中以由3~5台设备组成的柔性制造系统为多,但也有规模更庞大的系统投入使用。


1982年,日本发那科公司建成自动化电机加工车间,由60个柔性制造单元(包括50个工业机器人)和一个立体仓库组成,另有两台自动引导台车传送毛坯和工件,此外还有一个无人化电机装配车间,它们都能连续24小时运转。


这种自动化和无人化车间,是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时,还出现了若干仅具有柔性制造系统的基本特征,但自动化程度不很完善的经济型柔性制造系统FMS,使柔性制造系统FMS的设计思想和技术成果得到普及应用。


迄今为止,*有大量的柔性制造系统投入了应用,仅在日本就有175套完整的柔性制造系统。国际上以柔性制造系统生产的制成品已经占到全部制成品生产的75%以上,而且比率还在增加。

5基本功能


1、能自动控制和管理零件的加工过程,包括制造质量的自动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理;
2、通过简单的软件系统变更,便能制造出某一零件族的多种零件;
3、自动控制和管理物料(包括工件与刀具)的运输和存储过程;
4、能解决多机床下零件的混流加工,且无需增加额外费用;
5、具有优化的调度管理功能,无需过多的人工介入,能做到无人加工。

6制造系统


定义

关于柔性制造系统的定义很多,性的定义有:
美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。 国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,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。

组成

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。

FMC

FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年,FMC可视为一个规模小的FMS,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。

FML

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。

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是自动化生产的高水平,反映出世界上*的自动化应用技术。它是将制造、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。

7关键技术

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,数小时内便可制出的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

模糊控制技术

模糊数学的实际应用是模糊控制器。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。


人工智能、专家系统及智能传感器技术

迄今,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统。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)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术,预计有发展前途的仍是人工智能。


预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。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,以达到佳工作状态,具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术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。
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,成为现代自动化系统中的一个组成部分。


综合控制系统

一种叫做MES精益制造管理系统的工具,集合软件和人机界面设备(PLC触摸屏)、PDA手机、条码采集器、传感器、I/O、DCS、RFID、LED生产看板等多类硬件的综合智能化系统,由一组共享数据的程序所组成的、通过布置在生产现场的专用设备(PDA智能手机、LED生产看板、条码采集器、PLC、传感器、I/O、DCS、RFID、PC等硬件)对从原材料上线到成品入库的生产过程进行实时数据采集、控制和监控的系统。 是通过控制包括物料、仓库、设备、人员、品质、工艺、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,我们提供了一种系统地在统一平台上集成诸如工艺排单、质量控制、文档管理、图纸下发、生产调度、设备管理、制造物流等功能的方式。从而实现企业实时化的信息系统。精益制造系统实时接受来自ERP系统的工单、BOM、制程、供货方、库存、制造指令等信息,同时把生产方法、人员指令、制造指令等下达给人员、设备等控制层,再实时把生产结果、人员反馈、设备操作状态与结果、库存状况、质量状况等动态地反馈给决策层。

8发展趋势


9技术优点


采用柔性制造系统有许多优点,主要有以下几个方面:
设备利用率高
一组机床编入柔性制造系统后的产量,一般可达这组机床在单机作业时的三倍。柔性制造系统能获得率的原因,一是计算机把每个零件都安排了加工机床,一俟机床空闲,即刻将零件送上加工,同时将相应的数控加工程序输入这台机床。二是由于送上机床的零件早已装卡在托盘上(装卡工作是在单独的装卸站进行),因而机床不用等待零件的装卡。


减少设备投资
由于设备的利用率高,柔性制造系统能以较少的设备来完成同样的工作量。把车间采用的多台加工中心换成柔性制造系统,其投资一般可减少三分之二。


减少直接工时费用
由于机床是在计算机控制下进行工作,不需工人去操纵。 用人的工位是装卸站。这就减少了工时费用。
减少了工序中在制品量和一般加工相比,柔性制造系统在减少工序间零件库存数量上有良好效果。有的减少了80%。这是因为缩短了等待加工时间。


改进生产要求有快速应变能力
柔性制造系统有其内在的灵活性,能适应由于市场需求变化和工程设计变更所出现的变动,进行多品种生产。而且还能在不明显打乱正常生产计划的情况下,插入备件和急件制造任务。


维持生产的能力
许多柔性制造系统设计成具有当一台或几台机床发生故障时仍能降级运转的能力。即采用了加工能力有沉余度的设计,并使物料传送系统有自行绕过故障机床的能力,系统仍能维持生产。


产品质量高
减少零件装卡次数,一个零件可以少上几种机床加工,设计更好的专用夹具,更加注意机床和零件的定位都有利于提高零件的质量。


运行的灵活性
运行的灵活性是提高生产率的另一个因素。有些柔性制造系统能够在无人照看的情况下进行第二和第三班的生产。


产量的灵活性
车间平面布局规划得合理,需要增加产量时,增加机床,以满足扩大生产能力的需要。

10结束语


柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。


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*模式已为国际上所*,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态优化,总体益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。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。

11后结论


现实中存在许多不同类型的网络,有支持TCP/IP的,有遵循OSI标准协议的,每台机器的对应层协议都不同,对哪一层实施连接,需采用相应的网络互联设备。
通俗地讲,第二层交换是指多口的交换集线路,即网络交换机。其目的是替代传统的集线器,提升网络的有效带宽。主要应用于局域网中。 在不同或相同类型的局域网之间采用桥接器(集线器),从协议层上讲属于数据链路层的设备,但它们仍然是网络连接的方法,因为局域网IMP本身没有网络层,只有在主机站点上才有网络层或提供网络层服务的功能。 与桥接器不同,网关在网络层一级工作。这样就有了更大的灵活性。例如,在差别很大的网络间翻译地址等,但这也导致了网关的速度很慢,因此,网关一般都用于广域网间的连接或局域网与广域网的互联。随着网络的演进,100M高速以太网的出现,路由器在网段之间通信中造成的时延越来越成为网络信息传输的瓶颈。第三层交换技术的出现,解决了大规模局域网中各子网段之间网络信息传输的瓶颈问题,取代了昂贵的路由器,成为一种实用、经济的组网技术。


参考资料

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