柔性制造技术决定汽车工业的未来Word格式.docx
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能按装配作业配套需要。
及时安排所需零件的加工。
实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量。
及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；
提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；
减少直接劳动力。
在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；
提高产品质量的一致性。
当今世界已进入网络、知识和高新技术为代表并以满足消费者需求为核心的信息经济时代。
随着科学技术的进步和社会经济的发展。
市场竞争日趋激烈，产品寿命周期缩短，更新换代加快，社会消费水平不断提高，需求逐步多样化、个性化，新的经营环境和新的生产技术。
要求企业实现技术、生产、管理上的不断创新，因而“柔性”发展战略。
就在世界发达工业国家应运而生。
所谓“柔性”发展战略。
是指企业的制造技术、生产方式、管理模式均实现柔性化，即柔性制造、柔性生产、柔性管理。
随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要具有特色、符合客户要求、样式和功能干差万别的个性化产品。
激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变．要求对传统的零部件生产工艺加以改进。
传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求．因此生产制造系统的柔性对系统的生存越来越重要。
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。
2柔性制造系统的内容和特点
柔性制造系统有两个主要特点，即柔性和自动化。
FMS与传统的单一品种自动生产线（相对而言，可称之为刚性自动生产线。
如由机械式、液压式自动机床或组合机床等构成的自动生产线）的不同之处主要在于它具有柔性。
一般认为，柔性在FMS中占有相当重要的位置．一个理想的FMS应具备多方面的柔性。
柔性包括的主要内容及其特点：
设备（机器）柔性：
系统中的加工设备（机器）具有适应加工对象变化的能力。
其衡量指标是当加工对象的类、族、品种变化时，加工设备所需刀、夹、铺具的准备和更换时间：
硬、软件的交换与调整时间；
加工程序的准备与调校时间等；
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：
系统能以多种方法加工某一族工件的能力。
工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力。
以及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。
工艺柔性也称加工柔性或混流柔性，其衡量指标是系统不采用成批生产方式而同时加工的工件品种数。
产品柔性：
系统能够经济而迅速地转换到生产一族新产品的能力。
一是产品更新或完全转向后，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。
产品柔性也称反应柔性。
衡量产品柔性的指标是系统从加工一族工件转向加工另一族工件时所需的时间。
工序柔性：
系统改变每种工件加工工序先后顺序的能力。
其衡量指标是系统以实时方式进行工艺决策和现场调度的水平。
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。
生产能力柔性：
系统适应生产对象变换的范围和综合能力。
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。
批量柔性：
系统在成本核算上能适应不同批量的能力。
其衡量指标是系统保持经济效益的最小运行批量。
扩展柔性：
系统能根据生产需要方便地模块化进行组建和扩展的能力。
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。
其衡量指标是系统可扩展的规模大小和难易程度。
运行柔性：
系统处理其局部故障。
并维持继续生产原定工件族的能力。
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。
其衡量指标是系统发生故障时生产率的下降程度或处理故障所需的时间。
FMS正是将“柔性”和。
自动”两者相乘，以其实现倍增的效果：
适应市场需求．以利于多品种、中小批量生产；
提高机床利用率，缩减辅助时间，以利于降低生产成本；
缩短生产周期，减少库存量，以利于提高市场响应能力；
提高自动化水平，以利于提高产品质量、降低劳动强度、改善生产环境。
FMS是有一个由计算机集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。
它具有多个标准的制造单元，自动上下料功能的数控机床；
一套物料存储运输系统，可以在机床的装夹工位之间运送工件和刀具；
FMS是一套可编程的制造系统。
含有自动物料输送设备，能在计算机的支持下实现信息集成和物流集成，它可同时加工具有相似形体特征和加工工艺的多种零件；
能自动更换刀具和工件；
能方便地上网，容易与其它系统集成；
能进行动态调度，在局部故障时，可动态重组物流路径。
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。
目前FMS规模趋于小型化、低成本．演变成柔性制造单元FMC，它可能只有一台加工中心。
但具有独立自动加工能力。
有的FMC具有自动传送和监控管理的功能，有的FMC还可以实现24小时无人运转。
用于装备的FMS称为柔性装备系统。
3柔性制造系统的分类
柔性制造系统（FMS）是指自动化程度高的制造系统。
柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工对象变化的制造系统。
是一组数控机床和其他自动化的工艺设备．由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。
柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。
目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。
柔性制造系统具有以成组技术为核心的对零件分析编组的功能；
以微型计算机为核心的编排作业计划的智能功能；
以加工中心为核心。
自动换刀、换工件的加工功能；
以托盘和运输系统为核心的工件存放与运输功能；
以各种自动检测装置为核心的自动测量、定位与保护功能。
随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展。
也促使柔性制造技术日臻成熟。
制造业自动化进入一个崭新时代。
即基于计算机的集成制造（CIMS）时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
按规模大小，柔性制造系统FMS可分为如下4类：
柔性制造单元（FMC）。
FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。
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，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。
柔性制造系统（FMS）。
柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。
该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，实现多品种、中小批量的加工管理。
FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。
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。
柔性制造线（FML）。
柔性制造线是处于单一或少品种大批量非柔性自动线和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。
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。
柔性程度低的柔性自动生产线。
在性能上接近大批量生产用的自动生产线；
柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。
它是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（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。
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是自动化生产的最高水平。
反映出世界上最先进的自动化应用技术。
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。
4柔性制造系统的组成
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。
多年来的改革开放成果之一是我国已经变成了世界的“制造大国”、“世界工厂”，取得了举世界瞩目的成就，但是要看到我们为数不少的产品。
还是“MadeinChina”而不是“MadebyChina”．要改变这种现状的措施之一就是要强力推进FMS的发展。
典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成（具体有中央管理和控制计算机；
物流控制装置；
自动化仓库；
无人输送台；
制造单元；
中央刀具库；
夹具站；
信息传输网络；
随行工作台）。
为了实现制造系统的柔性。
FMS必须包括下列组成部分：
自动加工系统：
自动加工系统是指以成组技术为基础，把外形尺寸（形状不必完全一致）、重量大致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。
柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定，主要有加工中心、车削中心或计算机数控（CNC）车、铣、磨及齿轮加工机床等，用以自动地完成多种工序的加工。
物流系统：
用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作。
它由多种运输装置构成，包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人、轨道、转盘、机械手及专用起吊运送机等。
完成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性制造系统主要的组成部分。
计算机信息控制系统：
指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置（液压、气压装置等），对机床或运输设备实行分级控制的系统。
用以处理柔性制造系统的各种信息，输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。
通常采用三级（设备级、工作站级、单元级）分布式计算机控制系统，其中单元级控制系统（单元控制器）是柔性制造系统的核心。
系统软件：
指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。
它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。
柔性制造系统适合于年产量1,000～100,000件之间的中小批量生产。
用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作，包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件等。
柔性中心总体功能由工程设计系统、工程管理系统、质量管理分系统、车间制造分系统和网络数据库支持系统构成。
工程管理信息分系统（EMS）实现项目管理、技术状态管理、库存管理、生产计划制订、成本管理。
质量信息管理分系统（QMS）基于Intranet实现生产过程质量信息收集、分析、处理、反馈和质量文档管理。
工程设计分系统（EDS）应用基于PDM实现关键零件CAD/CAPP/CAM集成设计等。
车间制造分系统（WMS）实现关键零件的数控加工、数控设备的DNC、生产计划调度等。
网络数据库支撑环境（NET/DB）对EMS，EDS，WMS分系统的运行提供集成环境，提供Intranet服务，支持柔性中心的信息集成。
典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。
加工设备主要采用加工中心和数控车床．前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。
中、大批量少品种生产中所用的FMS。
常采用可更换主轴箱的加工中心。
以获得更高的生产效率。
储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；
储存物料的方法有平面布置的托盘库。
也有储存量较大的桁道式立体仓库。
毛坯一般先由工人装人托盘上的夹具中．并储存在自动仓库中的特定区域内。
然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。
固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS．自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。
工业机器人可在有限的范围内为14台机床输送和装卸工件，对于较大的工件常利用托盘自动交换装置（简称APC）来传送，也可采用在轨道上行走的机器人，同时完成工件的传送和装卸。
磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换。
也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。
车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。
切屑运送和处理系统是保证FMS连续正常工作的必要条件。
一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。
FMS信息控制系统的结构组成形式很多。
但一般多采用群控方式的递阶系统。
第一级为各个工艺设备的计算机数控装置（CNC），实现各加工过程的控制；
第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；
第三级是FMS的主计算机（控制计算机），其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；
第四级是全厂的管理计算机。
性能完善的软件是实现FMS功能的基础．除支持计算机工作的系统软件外．数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件（控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统）、计划管理软件（调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等）和数据管理软件（仿真、检索和各种数据库）等。
为保证FMS的连续自动运转。
须对刀具和切削过程进行监视，可能采用的方法有：
测量机床主轴电机输出的电流功率。
或主轴的扭矩；
利用传感器拾取刀具破裂的信号；
利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化：
累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。
此外，还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差。
并据此对其进行补偿。
柔性制造系统按机床与搬运系统的相互关系可分为直线型、循环型、网络型和单元型。
加工工件品种少、柔性要求小的制造系统多采用直线布局．虽然加工顺序不能改变，但管理容易。
单元型具有较大柔性，易于扩展，但调度作业的程序设计比较复杂。
5汽车制造业对柔性化的要求和发展
在工业化国家中，柔性制造系统作为迈向工厂自动化的第一步，已获得了实际的应用。
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。
随着科学技术的发展。
人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之提高，传统的大批量生产方式受到了挑战。
这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。
因为，在大批量生产方式中。
柔性和生产率是相互矛盾的。
众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；
反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低。
在加工形式相似的情况下，频繁地调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。
为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本。
最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。
几十年来，从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统。
使柔性自动化得到了迅速发展。
近年来，柔性化生产制造方式越来越流行，不断地渗透到众多产品密集型制造行业中。
从实际应用上来说．它解决了长期以来多品种小批量加工自动化的难题，也能够适应产品不断更新的需求，因此广受众多厂家欢迎，在汽车零部件制造业内尤为突出。
柔性生产技术以美国较为领先，福特汽车公司在20世纪末已与英格索兰合作，研制出集高柔性和高效率于一身的高速加工中心．加快了汽车产品的更新换代，让汽车制造厂具备每年推出数十款新车的能力。
但在中国，目前才只有大连机床和沈阳机床具备提供发动机PT泵总成柔性自动生产的能力。
中国已成为世界上柔性自动生产线（简称FTL）应用最热、进口最多的国家。
目前已经安装超过100条生产线，每条的单价约为1.6亿人民币。
东风汽车引进了双主轴双刀塔数控车床、柔性制造单元、曲轴和凸轮轴数控磨床、车架三面高速数控冲床、五轴高速桥式铣床等；
同时也采用一些国产机床，例如缸体、缸盖和凸轮轴的粗加工生产线。
奇瑞汽车有限公司第二发动机厂曲轴精加工线是德国勇克（JUNKER）机床总承包的交钥匙工程．勇克承包了九道加工工序，其中四道主要工序主要为磨削曲轴主轴颈外圆、曲轴连杆轴颈、止推轴颈。
带凸缘法兰端．轴颈端。
设备开动后的好处非常明显。
大大缩短了交货周期。
产量提升也快很多．这主要归功于整条生产线工艺成熟，柔性很强。
汽车业界对柔性化的具体要求，除了生产柔性外，还包含产品柔性和市场柔性；
所谓产品柔性，即在产品中能随时增加、去除或更换某些零部件，做到以消费者为主导的个性化服务；
至于市场柔性，则要求制造系统具有能适应市场环境动态变化的综合能力，从而实现多品种、系列化和混流生产，同时能够缩短生产准备周期。
柔性生产线必须能完成多种加工．有利于实现批量生产、降低库存费用和提高设备利用率；
在操作上，当机器出现故障时，也易于实现动态调度。
6制造系统柔性化的关键技术
柔性制造的主要技术有：
计算机辅助设计与制造技术；
模糊控制技术；
人工智能、专家系统及智能传感器技术；
人工神经网络技术。
柔性制造的主要装备有：
数控机床、加工中心、工业机器人、计算机以及相应的仓储物流系统。
柔性制造推动了信息技术与机械加工技术的一体化。
在进行柔性制造系统的设计、规划时，主要涉及以下关键技术：
如柔性制造系统的监控和管理系统，柔性制造系统的物流系统，柔性制造系统的刀具传输和管理系统，柔性制造系统的联网技术，柔性制造系统的辅助系统设计等。
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。
当前设计技术的一个突破是光敏立体成形技术。
即快速原型制造技术。
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。
被扫描到的液面则固化成形，在计算机控制下，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。
模糊数学的实际应用是模糊控制器。
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。
FMS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FMS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技术必将在FMS中起着关键性的作用。
人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。
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。
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，以达到最佳工作状态。
具备自组织能力。
故IMT被称为21世纪的制造技术。
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。
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。
7柔性制造系统的发展和未来
通过多年的努力和实践，FMS技术已臻完善，进入了实用化阶段，并已形成高科技产业。
随着科学技术的飞跃进步以及生产组织与管理方式的不断更换．FMS作为一种生产手段也将不断适应新的需求、不断引入新的技术、不断向更高层次发展。
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。
目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
进入21世纪后．FMS获得迅猛发展，几乎成了生产自动化之热点。
一方面是由于单项技术如加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展。
提供了可供集成一个整体系统的技术基础。
另一方面．世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场需求的应变能力．人们开始探索新的生产方法和经营模式。
FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础。
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，以实现全局动态最优化。
总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。
FMS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
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