淺議工業自動化中的柔性制造技術

摘要：柔性制造技術是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢，是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。屆時，智能化機械與人之間將相互融合，柔性地全面協調從接受訂貨單至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。它作為當今世界制造自動化技術發展的前沿科技，為未來機構制造工廠提供了一幅宏偉的藍圖，將成為21世紀機構制造業的主要生產模式。

關鍵詞：工業自動化、柔性制造。

0 引言

隨著現代科學技術的飛速發展，柔性制造技術作為一門綜合性的技術，它的發展也越來越迅速，被廣泛應用于各個領域。柔性制造技術，就是指對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程，在計算機及其軟件的支撐下，構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統，以實現全局動態最優化，總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的智能制造技術。柔性制造技術的大量應用，不僅提高了產品的多樣化，也提高了產品質量，改善了產品的適應能力。因此，柔性制造技術被廣泛的應用于工業自動化。下面，本文就將對工業自動化技術以及柔性制造技術進行分析。

1 工業自動化技術

工業自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術，包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。 工業自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業還是追求靈活、柔性和定制化企業，都必須依靠自動化技術的應用。 自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程起著明顯的提升作用：（1）提高生產過程的安全性；（2）提高生產效率；（3）提高產品質量；（4）減少生產過程的原材料、能源損耗。

在工業自動化領域，傳統的控制系統經歷了接地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統和集散式控制系統DCS的發展歷程。

隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。工業控制機系統一般是指對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具（包括自動測量儀表、控制裝置）的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉變為：用廣義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。

2 柔性制造技術

傳統的自動化生產技術可以顯著提高生產效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應中小批量生產的要求。隨著制造技術的發展，特別是自動控制技術、數控加工技術、工業機器人技術等的迅猛發展，柔性制造技術（FMI）應運而生。

所謂“柔性”，即靈活性，主要表現在：①生產設備的零件、部件可根據所加工產品的需要變換；②對加工產品的批量生產可根據需要迅速調整；③對加工產品的性能參數可迅速改變并及時投入生產；④可迅速而有效地 綜合應用新技術；⑤對用戶、貿易伙伴和供應商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應。采用柔性制造技術的企業，平時能滿足品種多變而批量很小的生產需求，戰時能迅速擴大生產能力，而且產品質優價廉。柔性制造設備可在無需大量追加投資的條件下提供連續采用新技術、新工藝的能力，也不需要專門的設施，就可生產出特殊的軍用產品。

柔性制造技術（FMS）是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群，凡是側重于柔性，適應于多品種、中小批量（包括單件產品）的加工技術都屬于柔性制造技術。

柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力，可用系統滿足新產品要求的程度來衡量；第二方面是系統適應內部變化的能力，可用在有干擾（如機器出現故障）情況下，這時系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。

“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高，由于設備是固定的，所以設備利用率也很高，單件產品的成本低。但價格相當昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產品，則必須對其結構進行大調整，重新配置系統內各要素，其工作量和經費投入與構造一個新的生產線往往不相上下。剛性的大批量制造自動化生產線只適合生產少數幾個品種的產品，難以應付多品種中小批量的生產。隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產品。激烈的市場競爭迫使傳統的大規模生產方式發生改變，要求對傳統的零部件生產工藝加以改進。傳統的制造系統不能滿足市場對多品種小批量產品的需求，這就使系統的柔性對系統的生存越來越重要。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換，一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內，生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。

3 柔性制造技術的應用

自動化流水生產線機械加工件的制造，對多品種中小批量生產，大多數采用工序集中的原則，采用加工中心，數控機床，柔性制造單元和柔性制造系統。因此，柔性化較高，更換品種的調整時間比一般生產線減少75%以上，盡管初期投資大，但總的經濟效益是好的。

多品種中大批量生產，采用柔性制造線，生產線主要由換相、轉塔、換刀加工中心，數控機床和數控專用機床組成。對換相加工中心，目前自動更換儲貯主軸箱的數目很多，可由幾個至十幾個，所以組合起來能滿足中大批量多品種加工。

多品種大批量生產的柔性生產線。國外不僅在多品種中大批量的情況下采用柔性生產線，而且在多品種大批量（十幾萬到數十萬）的情況下也采用柔性生產線，這種多品種大批量的柔性生產線由計算機控制的三維坐標模塊組成，這些專門化的模塊，可以是換刀的、換箱的、也可以是轉塔頭的。由三維坐標加工模塊代替組合專用機床，提高了生產線的柔性，不僅可以適用多品種的輪番生產，還可以混流生產。該類生產線雖然初期投資大，但由于生產線可以滿負荷生產，生產效率高，加工質量可靠，產品質量好，故障少，可靠性高，維修費用少，因此產品成本低，經濟效益好。

工廠根據某產品產量的變動情況，設置兩類生產線，一類是滿足某一相對固定最的固定生產線，另一類是用來滿足變動部分的變動生產線。通常，傳統的生產設備被用作固定線，而柔性設備或細胞生產方式等被用作變動生產線。為了徹底降低成本，在日本變動線往往招用勞務公司派遣的零時工（Part-Time）來應對，不需要時可以隨時退回。

4 結束語

通過自學和查詢網絡資料，我對柔性制造技術有了初步的了解，但由于個人能力有限，對其認識也只是較淺的。因此在本文中，首先也只是簡略的介紹一些柔性制造技術的相關知識，舉了柔性制造技術的實際應用，而且對于其應用也是粗略介紹一番?？傊?，在分析的過程中，感受到柔性制造對于我國經濟的發展有著不可估量的地位，科技的進步，對自動化的改進，則有助于經濟的發展，在此方面，我期望著有些更多的發展。

作者簡介：

戴?。?987-），男，江蘇省泰州人，大專，畢業于常州信息工程職業技術學院，初級工程師，研究方向：電子信息。